JP2840276B2 - 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（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＞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記載の発明は、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、前記光・電気負帰還ループの制御電流を検出する検
出手段と、この検出手段からの検出信号により前記発光
レベル指令信号が変化しても前記光・電気負帰還ループ
の制御電流が変化しないように前記変換規則を制御する
ことによって前記半導体レーザの光出力・順方向電流特
性の変動を補正する補正手段とを有し、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
を制御する半導体レーザ制御装置において、前記変換手
段、前記検出手段及び前記補正手段として、前記発光レ
ベル指令信号をディジタル信号電圧として変換テーブル
により前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性を補
正するように変換してディジタル／アナログ変換器によ
り前記発光レベル指令信号に対応した電流に変換する変
換手段と、前記発光レベル指令信号がダイナミックレン
ジに応じて最小設定レベルから最大設定レベルまでの範
囲で最小設定レベルから増大し又は最大設定レベルから
減少し又は任意に変化する一定期間に前記変換テーブル
の変換特性をリニアにさせて前記光・電気負帰還ループ
の制御電流値と前記変換テーブルの変換する電流との和
の電流が前記変換テーブルの変換電流となるように前記
変換テーブルの値を設定する手段とを有する。

請求項２記載の発明は、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、前記光・電気負帰還ル
ープの制御電流を検出する検出手段と、この検出手段か
らの検出信号により前記発光レベル指令信号が変化して
も前記光・電気負帰還ループの制御電流が変化しないよ
うに前記変換規則を制御することによって前記半導体レ
ーザの光出力・順方向電流特性の変動を補正する補正手
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半導体レーザ制
御装置において、前記光・電気負帰還ループは、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前記発光レベル
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
構成し、前記変換手段、前記検出手段及び前記補正手段
として、前記発光レベル指令信号をディジタル信号電圧
として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するように変換してディジタル／
アナログ変換器により前記発光レベル指令信号に対応し
た電流に変換する変換手段と、前記発光レベル指令信号
がダイナミックレンジに応じて最小設定レベルから最大
設定レベルまでの範囲で最小設定レベルから増大し又は
最大設定レベルから減少し又は任意に変化する一定期間
に前記変換テーブルの変換特性をリニアにさせて前記光
・電気負帰還ループの制御電流値と前記変換テーブルの
変換する電流との和の電流が前記変換テーブルの変換電
流となるように前記変換テーブルの値を設定する手段と
を有する。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ
制御装置において、スイッチング信号により前記半導体
レーザの順方向電流を設定された電流値だけオン／オフ
するスイッチング手段を有していてこのスイッチング手
段により生成された電流を前記半導体レーザの制御電流
に加算した電流により前記半導体レーザを制御し、前記
変換テーブルの各設定値から前記スイッチング手段によ
り生成される電流を減算した値を前記変換テーブルの値
とし、前記スイッチング手段により生成される電流値を
前記発光レベル指令信号の最小設定値に対応する前記半
導体レーザの順方向電流に設定する。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の半導体レーザ
制御装置において、スイッチング信号により前記半導体
レーザの順方向電流を設定された電流値だけオン／オフ
するスイッチング手段を有していてこのスイッチング手
段により生成された電流を前記半導体レーザの制御電流
に加算した電流により前記半導体レーザを制御し、前記
変換テーブルの各設定値から前記スイッチング手段によ
り生成される電流を減算した値を前記変換テーブルの値
とし、前記スイッチング手段により生成される電流値を
前記発光レベル指令信号の最小設定値に対応する前記半
導体レーザの順方向電流に設定する。

〔作 用〕

請求項１記載の発明では、光・電気負帰還ループは被
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し、変換手段は前
記発光レベル指令信号をディジタル信号電圧として変換
テーブルにより前記半導体レーザの光出力・順方向電流
特性を補正するように変換してディジタル／アナログ変
換器により前記発光レベル指令信号に対応した電流に変
換する。検出手段及び補正手段は前記発光レベル指令信
号がダイナミックレンジに応じて最小設定レベルから最
大設定レベルまでの範囲で最小設定レベルから増大し又
は最大設定レベルから減少し又は任意に変化する一定期
間に前記変換テーブルの変換特性をリニアにさせて前記
光・電気負帰還ループの制御電流値と前記変換テーブル
の変換する電流との和の電流が前記変換テーブルの変換
電流となるように前記変換テーブルの値を設定し、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
導体レーザが制御される。

請求項２記載の発明では、光・電気負帰還ループは、
第１の光・電気負帰還ループに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
電流を制御し、第２の光・電気負帰還ループにて前記受
光電流に比例する電圧と前記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。変換手段は、前記発光レベル指令信号をディジタル
信号電圧として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するように変換してディ
ジタル／アナログ変換器により前記発光レベル指令信号
に対応した電流に変換し、検出手段及び補正手段は前記
発光レベル指令信号がダイナミックレンジに応じて最小
設定レベルから最大設定レベルまでの範囲で最小設定レ
ベルから増大し又は最大設定レベルから減少し又は任意
に変化する一定期間に前記変換テーブルの変換特性をリ
ニアにさせて前記光・電気負帰還ループの制御電流値と
前記変換テーブルの変換する電流との和の電流が前記変
換テーブルの変換電流となるように前記変換テーブルの
値を設定する。

請求項３記載の発明では、請求項１記載の半導体レー
ザ制御装置において、スイッチング手段はスイッチング
信号により前記半導体レーザの順方向電流を設定された
電流値だけオン／オフし、このスイッチング手段により
生成された電流を前記半導体レーザの制御電流に加算し
た電流により前記半導体レーザが制御され、前記変換テ
ーブルの各設定値から前記スイッチング手段により生成
される電流を減算した値が前記変換テーブルの値とな
り、前記スイッチング手段により生成される電流値が前
記発光レベル指令信号の最小設定値に対応する前記半導
体レーザの順方向電流に設定される。

請求項４記載の発明では、請求項２記載の半導体レー
ザ制御装置において、スイッチング手段はスイッチング
信号により前記半導体レーザの順方向電流を設定された
電流値だけオン／オフし、このスイッチング手段により
生成された電流を前記半導体レーザの制御電流に加算し
た電流により前記半導体レーザが制御され、前記変換テ
ーブルの各設定値から前記スイッチング手段により生成
される電流を減算した値が前記変換テーブルの値とな
り、前記スイッチング手段により生成される電流値が前
記発光レベル指令信号の最小設定値に対応する前記半導
体レーザの順方向電流に設定される。

〔実施例〕

第４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、抵抗
５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。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。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
５に流れる電流値は変化しないので、抵抗５の両端間電
圧は変化しない。しかしながら、温度変動、外乱等によ
り半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性が変動して
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。したがって、一定期間発光レベル指令信号を変化さ
せた時の抵抗５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。この抵抗５の両端間電圧は差動増幅器６によ
り検出され、この差動増幅器６の出力電圧が光出力特性
補正回路７に入力される。光出力特性補正回路７は上記
一定期間に抵抗５の両端間電圧の絶対値が最小となるよ
うに電流変換器２の変換規則を制御し、他の期間にはそ
の変換規則を保持する。この結果、半導体レーザ３の光
出力・順方向電流特性の変動に対して常に電流変換器２
をPS≒PLとなるように保つことができる。

また半導体レーザ３のドゥループ特性等により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
帰還ループの開ループでの交叉周波数は、τ＝50nsとし
た場合40MHZ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５図は本発明の後述する実施例の前提となる半導体
レーザ制御装置の他の例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器８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９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８と電圧・電流変換器10に入力され、電
圧・電流変換器10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10の出力電流はインピーダ
ンス変換器９の出力電流と加算器11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８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８の出力電圧が電圧・電流変換器12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13は電圧・電流変換器12からの第１の発光レベル指令
信号電流ILより加算器11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14により増
幅されてトランジスタ15,16、電流源17及びバイアス電
圧源18からなる差動増幅器19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9,電圧・電流変換器1
0,加算器11,減算器13,電流増幅器14、差動増幅器19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12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
電流を制御する光・電気負帰還ループを構成し、比較増
幅器８及び電圧・電流変換器12は光起電流Isに比例する
電圧と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11の出力電流I₀と電圧・電流変
換器12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、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５の両端間電圧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，差動増幅器19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。

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８の出力は変化し
ない。すなわち、抵抗５に流れる電流値は変化しないの
で、抵抗５の両端間電圧は変化しない。しかしながら、
温度変動、外乱等により半導体レーザ３の光出力・順方
向電流特性が変動することによって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８
により半導体レーザ３の順方向に流す。したがって、発
光レベル指令信号を一定期間変化させた時の抵抗５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、差動増幅器
６により検出された電圧は光出力特性補正回路７へ入力
される。光出力特性補正回路７は上記一定期間に抵抗５
の両端間電圧の絶対値が最小となるように電流変換器２
の変換規則を制御し、他の期間にはその変換規則を保持
する。この結果、半導体レーザ３の光出力・順方向電流
特性の変動に対して常に電流変換器２をPS≒PLとなるよ
うに保つことができる。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。

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。

第６図は本発明の後述する実施例の前提となる半導体
レーザ制御装置の別の例を示す。

この実施例は上記第５図の半導体レーザ制御装置にお
いて、第２の発光レベル指令信号の代りに比較増幅器８
の出力電圧を電流変換器20に入力するようにしたもので
ある。この電流変換器20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例増幅器８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20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11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８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８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。トランジスタ15,16、
電流源17及びバイアス電圧源18からなる差動増幅器19、
比較増幅器１、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、差動増幅器19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。

一方、電流変換器２は変換テーブル21、ディジタル／
アナログ変換器22、差動増幅器23、トランジスタ24、抵
抗R₀によって構成され、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。すなわち発光レベル指令
信号Vsが変換テーブル21により半導体レーザ３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、デ
ィジタル／アナログ変換器22によりディジタル／アナロ
グ変換される。このディジタル／アナログ変換器22の出
力信号は差動増幅器23に入力され、トランジスタ24と抵
抗R₀により1/R₀の電流に変換される。この電流と，差動
増幅器19の出力電流との和の電流が半導体レーザ３の順
方向電流となり、半導体レーザ３はその順方向電流によ
り決まる光出力P₀を出力する。

一定の制御時間には変換テーブル21がデータ変換をリ
ニアに行うように再設定され、発光レベル指令信号が例
えば最小値から順次に増加する。このとき加減算器25は
抵抗５の両端間電圧から電圧V₀を減算したものを検出す
ることにより光・電気負帰還ループの制御電流を検出す
る。ここに、電圧V₀は光・電気負帰還ループの制御電流
から電流源17の電流によるオフセットを除去するための
電圧である。この加減算器25の出力電圧はアナログ／デ
ィジタル変換器16によりアナログ／ディジタル変換され
て演算回路27に入力される。演算回路27はアナログ／デ
ィジタル変換器26からのデータだけ変換テーブル21で変
換した場合の値を半導体レーザ３の制御電流に加算した
値が変換テーブル21の各設定値に対する変換値となるよ
うに、すなわち、アナログ／ディジタル変換器26からの
データと変換テーブル21の変換する電流との和が変換テ
ーブル21の変換電流となるように変換テーブル21の再設
定を行う。このようにして半導体レーザ３の温度変動等
による光出力・順方向電流特性を補正する。また、発光
レベル指令信号は同期をとるために遅延回路28により所
定の時間遅延され、ディジタル／アナログ変換器29によ
りディジタル／アナログ変換されて比較増幅器１に入力
される。

第１図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例では上記第２図の実施例において、比較増
幅器１の代りに、第５図の半導体レーザ制御装置におけ
るコンデンサＣ、抵抗Ｒ、インピーダンス変換器９、電
圧・電流変換器10,12、比較増幅器８、加算器11、減算
器13、電流増幅器14からなる回路が用いられ、差動増幅
器19の代りに、トランジスタ30,31,32、可変電流源33、
電圧源34、抵抗35〜37からなる差動増幅器38が用いられ
ている。可変電流源33は電圧V₀により電流値が設定され
る。

第７図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は第２図の実施例においてスィッチ39及び
可変電流源40からなるスィッチング回路41が追加されて
いる、通常はスィッチ39が固定端子Ｂ側に切り換わって
おり、可変電流源40からの電流が半導体レーザ３に供給
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39が固定端子Ａ側に切り換わり、可変
電流源40からの電流が半導体レーザ３に供給されて半導
体レーザ３が発光する。このスィッチング回路41の出力
電流と，差動増幅器19の出力電流，電流変換器２の出力
電流との和の電流が半導体レーザ３の順方向電流となっ
て半導体レーザ３がその順方向電流により決まる光出力
P₀を出力する。

一定の制御期間には演算回路42は上記実施例と同様に
変換テーブル21の再設定を行うが、発光レベル指令信号
の最小発光レベルに対応した変換デーブル21の変換電流
が０になるように可変電流源40の電流値をディジタル／
アナログ変換器43を介して設定する。この制御期間には
スィッチ39は常に固定端子Ａ側に切り換えられている。

半導体レーザ３がスィッチング回路41により駆動され
る電流まではスィッチング回路41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はしき
い値電流まではレーザ発振しない光出力・順方向電流特
性を有するので、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。

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７図の実施例において、比較増幅
器１の代りに、第５図の半導体レーザ制御装置における
コンデンサＣ、抵抗Ｒ、インピーダンス変換器９、電圧
・電流変換器10,12、比較増幅器８、加算器11、減算器1
3、電流増幅器14からなる回路を用い、差動増幅器19の
代りに、トランジスタ30,31,32、可変電流源33、電圧源
34、抵抗35〜37からなる差動増幅器38を用いたものであ
る。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１記載の発明によれば、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、前
記光・電気負帰還ループの制御電流を検出する検出手段
と、この検出手段からの検出信号により前記発光レベル
指令信号が変化しても前記光・電気負帰還ループの制御
電流が変化しないように前記変換規則を制御することに
よって前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性の変
動を補正する補正手段とを有し、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
する半導体レーザ制御装置において、前記変換手段、前
記検出手段及び前記補正手段として、前記発光レベル指
令信号をディジタル信号電圧として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する
ように変換してディジタル／アナログ変換器により前記
発光レベル指令信号に対応した電流に変換する変換手段
と、前記発光レベル指令信号がダイナミックレンジに応
じて最小設定レベルから最大設定レベルまでの範囲で最
小設定レベルから増大し又は最大設定レベルから減少し
又は任意に変化する一定期間に前記変換テーブルの変換
特性をリニアにさせて前記光・電気負帰還ループの制御
電流値と前記変換テーブルの変換する電流との和の電流
が前記変換テーブルの変換電流となるように前記変換テ
ーブルの値を設定する手段とを有するので、簡単な構成
で、温度変動等による変動を抑制でき、高速，高精度，
高分解能な半導体レーザ制御装置を実現することができ
る。

請求項２記載の発明によれば、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、前記光・電気負
帰還ループの制御電流を検出する検出手段と、この検出
手段からの検出信号により前記発光レベル指令信号が変
化しても前記光・電気負帰還ループの制御電流が変化し
ないように前記変換規則を制御することによって前記半
導体レーザの光出力・順方向電流特性の変動を補正する
補正手段とを有し、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半導体レ
ーザ制御装置において、前記光・電気負帰還ループは、
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前記発光
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
により構成し、前記変換手段、前記検出手段及び前記補
正手段として、前記発光レベル指令信号をディジタル信
号電圧として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するように変換してディジ
タル／アナログ変換器により前記発光レベル指令信号に
対応した電流に変換する変換手段と、前記発光レベル指
令信号がダイナミックレンジに応じて最小設定レベルか
ら最大設定レベルまでの範囲で最小設定レベルから増大
し又は最大設定レベルから減少し又は任意に変化する一
定期間に前記変換テーブルの変換特性をリニアにさせて
前記光・電気負帰還ループの制御電流値と前記変換テー
ブルの変換する電流との和の電流が前記変換テーブルの
変換電流となるように前記変換テーブルの値を設定する
手段とを有するので、簡単な構成で、高速動作が必要と
なる光・電気負帰還ループの開ループゲインを非常に大
きくとることなく、温度変動等による変動を抑制でき、
高速，高精度，高分解能な半導体レーザ制御装置を実現
することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の半導体
レーザ制御装置において、スイッチング信号により前記
半導体レーザの順方向電流を設定された電流値だけオン
／オフするスイッチング手段を有していてこのスイッチ
ング手段により生成された電流を前記半導体レーザの制
御電流に加算した電流により前記半導体レーザを制御
し、前記変換テーブルの各設定値から前記スイッチング
手段により生成される電流を減算した値を前記変換テー
ブルの値とし、前記スイッチング手段により生成される
電流値を前記発光レベル指令信号の最小設定値に対応す
る前記半導体レーザの順方向電流に設定するので、請求
項１記載の半導体レーザ制御装置において変換手段の立
上り速度をより高速化することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の半導体
レーザ制御装置において、スイッチング信号により前記
半導体レーザの順方向電流を設定された電流値だけオン
／オフするスイッチング手段を有していてこのスイッチ
ング手段により生成された電流を前記半導体レーザの制
御電流に加算した電流により前記半導体レーザを制御
し、前記変換テーブルの各設定値から前記スイッチング
手段により生成される電流を減算した値を前記変換テー
ブルの値とし、前記スイッチング手段により生成される
電流値を前記発光レベル指令信号の最小設定値に対応す
る前記半導体レーザの順方向電流に設定するので、請求
項２記載の半導体レーザ制御装置において変換手段の立
上り速度をより高速化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の各実施例を示すブロック
図、第４図乃至第６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各例を示すブロック図、第７図は
本発明の他の実施例を示すブロック図である。 1,8……比較増幅器、2,20……電流変換器、３……半導
体レーザ、４……受光素子、５……抵抗、6,19,38……
差動増幅器、７……光出力特性補正回路、９……インピ
ーダンス変換器、10,12……電圧・電流変換器、11……
加算器、13……減算器、14……電流増幅器、21……変換
テーブル、22,43……ディジタル／アナログ変換器、25
……加減算器、26……アナログ／ディジタル変換器、2
7,42……演算回路、41……スィッチング回路。

Claims (4)

(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、前記光・電気負帰還ループの制御電
   流を検出する検出手段と、この検出手段からの検出信号
   により前記発光レベル指令信号が変化しても前記光・電
   気負帰還ループの制御電流が変化しないように前記変換
   規則を制御することによって前記半導体レーザの光出力
   ・順方向電流特性の変動を補正する補正手段とを有し、
   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半導体レーザ制御装置におい
   て、前記変換手段、前記検出手段及び前記補正手段とし
   て、前記発光レベル指令信号をディジタル信号電圧とし
   て変換テーブルにより前記半導体レーザの光出力・順方
   向電流特性を補正するように変換してディジタル／アナ
   ログ変換器により前記発光レベル指令信号に対応した電
   流に変換する変換手段と、前記発光レベル指令信号がダ
   イナミックレンジに応じて最小設定レベルから最大設定
   レベルまでの範囲で最小設定レベルから増大し又は最大
   設定レベルから減少し又は任意に変化する一定期間に前
   記変換テーブルの変換特性をリニアにさせて前記光・電
   気負帰還ループの制御電流値と前記変換テーブルの変換
   する電流との和の電流が前記変換テーブルの変換電流と
   なるように前記変換テーブルの値を設定する手段とを有
   することを特徴とする半導体レーザ制御装置。
2. 【請求項２】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、前記光・電気負帰還ループの制御電
   流を検出する検出手段と、この検出手段からの検出信号
   により前記発光レベル指令信号が変化しても前記光・電
   気負帰還ループの制御電流が変化しないように前記変換
   規則を制御することによって前記半導体レーザの光出力
   ・順方向電流特性の変動を補正する補正手段とを有し、
   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半導体レーザ制御装置におい
   て、前記光・電気負帰還ループは、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前記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構成し、前記
   変換手段、前記検出手段及び前記補正手段として、前記
   発光レベル指令信号をディジタル信号電圧として変換テ
   ーブルにより前記半導体レーザの光出力・順方向電流特
   性を補正するように変換してディジタル／アナログ変換
   器により前記発光レベル指令信号に対応した電流に変換
   する変換手段と、前記発光レベル指令信号がダイナミッ
   クレンジに応じて最小設定レベルから最大設定レベルま
   での範囲で最小設定レベルから増大し又は最大設定レベ
   ルから減少し又は任意に変化する一定期間に前記変換テ
   ーブルの変換特性をリニアにさせて前記光・電気負帰還
   ループの制御電流値と前記変換テーブルの変換する電流
   との和の電流が前記変換テーブルの変換電流となるよう
   に前記変換テーブルの値を設定する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。
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、スイッチング信号により前記半導体レーザの順方
   向電流を設定された電流値だけオン／オフするスイッチ
   ング手段を有していてこのスイッチング手段により生成
   された電流を前記半導体レーザの制御電流に加算した電
   流により前記半導体レーザを制御し、前記変換テーブル
   の各設定値から前記スイッチング手段により生成される
   電流を減算した値を前記変換テーブルの値とし、前記ス
   イッチング手段により生成される電流値を前記発光レベ
   ル指令信号の最小設定値に対応する前記半導体レーザの
   順方向電流に設定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、スイッチング信号により前記半導体レーザの順方
   向電流を設定された電流値だけオン／オフするスイッチ
   ング手段を有していてこのスイッチング手段により生成
   された電流を前記半導体レーザの制御電流に加算した電
   流により前記半導体レーザを制御し、前記変換テーブル
   の各設定値から前記スイッチング手段により生成される
   電流を減算した値を前記変換テーブルの値とし、前記ス
   イッチング手段により生成される電流値を前記発光レベ
   ル指令信号の最小設定値に対応する前記半導体レーザの
   順方向電流に設定することを特徴とする半導体レーザ制
   御装置。