JP2995922B2 - 光出力安定化回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光出力安定化回路に係
り、更に詳細には、レーザ光を発する半導体レーザ発光
素子の発光強度を周囲温度に依存すること無く常に安定
させる光出力安定化回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザ発光素子の発光強度
を安定させる光出力安定化回路においては、図４（イ）
において示すように半導体レーザ発光素子の電気−光変
換効率が温度変化によって大きく変動する。そして図４
（ロ）において示すようにフォトディテクタの光−電気
変換効率も温度変化によって大きく変動するために、一
般に光出力安定化回路が設けられていた。

【０００３】図５に従来の光出力安定化回路の構成例を
示す。半導体レーザ発光素子１、フォトディテクタ２、
駆動電流制御回路３、変調回路４、Ｄ／Ａ変換器６、電
流−電圧変換回路７、比較器１０、基準電圧源１１、変
換効率補正回路１２、制御回路１３によって従来の光出
力安定化回路が構成されていた。

【０００４】図５に示す従来の構成例においては、半導
体レーザ発光素子１の光出力の一部は、フォトディテク
タ２によって受光させることにより光−電流変換を行い
光電流Ｉｐを出力する。この光電流Ｉｐは電流−電圧変
換回路７に入力され発光強信号に変換される。

【０００５】基準電圧源１１より出力される基準電圧Ｖ
_rfは、変換効率補正回路１２に入力される。変換効率補
正回路１２は、図６（イ）または図６（ロ）に示すよう
に構成され基準電圧電源１１より入力される基準電圧Ｖ
_rfを感温素子２０と抵抗２１とにより分圧され補正基準
電圧Ｖ_rcを出力する。変換効率補正回路１２は、感温素
子２０と抵抗２１により基準電圧Ｖ_rfを分圧を行うこと
により補正基準電圧Ｖ_rcに感温素子２０の温度特性を含
ませることによりフォトディテクタ２の光−電気変換効
率の温度特性を打ち消すことができる。

【０００６】比較回路１０は、発光強度信号と補正基準
電圧Ｖ_rcとを比較し、この比較結果である比較信号を制
御回路１３へ出力する。変調回路４は、図７に示すタイ
ミングに従い外部より入力される変調信号と校正信号に
基づき変調動作と校正動作を交互に行う。

【０００７】制御回路１３は、図７に示すタイミングに
従い外部より間欠的に入力される校正信号が校正動作を
指示する時に、比較器１０より出力される比較信号を基
にし発光強度信号と補正基準信号との差が無くなるよう
にＤ／Ａ変換器６へ設定するデータを調整する。

【０００８】Ｄ／Ａ変換器６より出力される信号により
駆動電流制御回路３は、半導体レーザ発光素子１を駆動
する駆動電流Ｉｄが制御され、発光強度の安定化が行わ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術によれば、フォトディテクタの暗電流は、図
８に示すように温度変動に対し対数的に大幅に変動し、
かつフォトディテクタ個々の相違が大きく、そのため感
温素子を用いた同一の変換効率補正回路では、補正しき
れなかった。そのため個々のフォトディテクタの温度特
性を調べ、個々の特性に合うように数種類の変換効率補
正回路の中から適正な回路を選び、かつ回路定数の設定
をやり直すと言う繁雑なことを行う必要があり、従って
コストを低く押え込むことが困難であった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、感温素子を用いた一種類の変換
効率補正回路にて、繁雑な個々のフォトディテクタの特
性を調べること無く、半導体レーザ発光素子の発光強度
を周囲温度に依存すること無く常に安定させる光出力安
定化回路を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光出力安定化回路は、レーザ光を発生する半
導体レーザ発光素子と、半導体レーザ発光素子の発光強
度を検知するフォトディテクタと、前記フォトディテク
タの光−電機変換効率補正回路とからなり外部より間欠
的に入力される校正信号により前記フォトディテクタの
出力に基づき発光強度を調整する光出力安定化回路にお
いて、前記校正信号により出力されフォトディテクタに
入力されるレーザ光を脈流にする校正変調信号を発生す
る校正変調回路と、フォトディテクタの出力を交流にす
る変換回路と、前記変換回路より出力される交流を検波
する検波回路とを備えている。

【００１２】

【作用】上記の構成を有する本発明における作用は以下
の通りである。校正変調回路は、半導体レーザ発光素子
より出力されるレーザ光を脈流にする。そして、変換回
路は、脈流のレーザ光を受光したフォトディテクタの出
力を交流に変換する。検波回路はこの交流を検波するこ
とにより、フォトディテクタの暗電流の影響を除去し、
半導体レーザ発光素子の発光強度を安定にする。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。最初に図１を参照して本発明の光出
力安定化回路の構成を説明する。なお、図５に示す従来
の光出力安定化回路と同一部分には同一符号を付してい
る。

【００１４】校正信号は、「Ｌ」の時半導体レーザ発光
素子１の発光強度の調整動作即ち校正を指示し、「Ｈ」
の時変調信号が有効であることを指示する信号である。
変調信号は、「Ｈ」の時半導体レーザ発光素子１の発光
を指示し、「Ｌ」の時半導体レーザ発光素子１の発光を
禁止する。

【００１５】半導体レーザ発光素子１は、カソードはグ
ランドに接続されている。半導体レーザ発光素子１は、
駆動電流制御回路３より出力される駆動電流Ｉｄにより
発光し、変調回路３により駆動電流Ｉｄに変調を施し、
レーザ光に変調を施す。または、校正変調回路５により
駆動電流Ｉｄに変調を施し、レーザ光に校正用の変調を
施す。

【００１６】フォトディテクタ２は、カソードは電源Ｖ
_CCに接続され逆バイアスを加えられている。フォトディ
テクタ２は、半導体レーザ発光素子１より出力されたレ
ーザ光の一部を受光して発光強度に比例した光電流Ｉｐ
を出力する。

【００１７】駆動電流制御回路３は、入力に駆動電流Ｉ
ｄを設定するためにＤ／Ａ変換器６の出力が接続され、
出力には半導体レーザ発光素子１のアノードに接続され
駆動電流Ｉｄを出力するようになっている。

【００１８】変調回路４は、その入力側に変調信号と校
正信号が入力されるように接続されており、出力は半導
体レーザ発光素子１のアノードに接続されている。変調
回路４は、校正信号が「Ｌ」の時変調信号の状態に関わ
らず半導体レーザ発光素子１に流れる駆動電流Ｉｄをバ
イパスしないように出力が高インピーダンスになる。ま
た、校正信号が「Ｈ」の時は、変調信号が「Ｈ」である
と半導体レーザ発光素子１に流れる駆動電流Ｉｄをバイ
パスしないように出力が高インピーダンスになり半導体
レーザ発光素子１を発光させ、変調信号が「Ｌ」である
と半導体レーザ発光素子１に流れる駆動電流Ｉｄをバイ
パスするように出力が低インピーダンスになり半導体レ
ーザ発光素子１を発光させない。

【００１９】校正変調回路５は、入力に校正信号が接続
され、出力は半導体レーザ発光素子１のアノードに接続
されている。校正変調回路５は、校正信号が「Ｈ」の時
半導体レーザ発光素子１に流れる駆動電流Ｉｄをバイパ
スしないように出力が高インピーダンスになる。また、
校正信号が「Ｌ」の時は、半導体レーザ発光素子１に流
れる駆動電流Ｉｄをバイパスしないように出力が高イン
ピーダンスになり半導体レーザ発光素子１を発光させる
状態と、半導体レーザ発光素子１に流れる駆動電流Ｉｄ
をバイパスするように出力が低インピーダンスになり半
導体レーザ発光素子１を発光させない状態を交互に繰り
返し、校正に必要な脈流のレーザ光を発生させるように
なっている。

【００２０】Ｄ／Ａ変換器６は、入力に制御回路１３よ
り駆動電流制御回路３が出力する駆動電流Ｉｄを設定す
るデータＤ_idが入力されるように接続され、出力には駆
動電流制御回路３が接続されている。

【００２１】電流−電圧変換回路７は、入力はフォトデ
ィテクタ２のアノードに接続され光電流Ｉｐが入力さ
れ、電流−電圧変換を行い脈流信号Ｖｐが出力され変換
回路８へ変換される。

【００２２】変換回路８は、図２（イ）に示すようにコ
ンデンサ２２と抵抗２３とにより構成されている。変換
回路８は、入力にフォトディテクタ２の暗電流の影響を
含んだ脈流である電流−電圧変換回路７の出力である脈
流信号Ｖｐが接続され、交流に変換さる際にフォトディ
テクタ２の暗電流の影響を除去された交流信号Ｖ_paを出
力する。

【００２３】検波回路９は、図２（ロ）に示すようにダ
イオード２４と抵抗２５とコンデンサ２６とにより構成
されている。検波回路９は、入力に変換回路８の出力で
ある交流信号Ｖ_paが接続され、尖頭値検波を行い出力電
圧Ｖ_pdを出力する。

【００２４】比較器１０は、入力に検波回路９の出力で
ある出力電圧Ｖ_pdと変換効率補正回路１２の出力である
補正基準電圧Ｖ_rcが接続され、出力電圧Ｖ_pdと補正基準
電圧Ｖ_rcの電圧を比較しこの結果を出力する。比較器１
０は、Ｖ_rc＞Ｖ_pdの場合には「Ｈ」を指示する比較信号
Ｃ_omを出力する。即ち半導体レーザ発光素子１の発光強
度が規定より低い場合である。また比較器１０は、Ｖ_rc
≦Ｖ_pdの場合には「Ｌ」を指示する比較信号Ｃ_omを出力
する。即ち半導体レーザ発光素子１の発光強度が規定よ
り高いあるいは一致した場合である。

【００２５】基準電圧源１１は、半導体レーザ発光素子
１の発光強度の基準となる基準電圧Ｖ_rfを出力する。変
換効率補正回路１２は、図６（イ）または（ロ）に示す
ように基準電圧源１１より入力される基準電圧Ｖ_rfを感
温素子２０と抵抗２１とにより分圧され補正基準電圧Ｖ
_rcを出力する。変換効率補正回路１２は、感温素子２０
と抵抗２１により基準電圧Ｖ_rfを分圧を行うことにより
補正基準電圧Ｖ_rcに感温素子２０の温度特性を含ませる
ことによりフォトディテクタ２の光−電気変換効率の温
度特性を打ち消すことができる。

【００２６】制御回路１３は、入力に外部より校正信号
と比較器１０の出力である比較信号Ｃ_omが接続され、出
力には駆動電流制御回路３の発生する駆動電流Ｉｄを設
定するＤ／Ａ変換器６へのデータＤ_idが出力されてい
る。制御回路１３は、校正信号が「Ｌ」になると比較信
号Ｃ_omを参照し動作する。また、制御回路１３は、内部
にデータＤ_idの値を記憶して置くレジスタを持ってい
る。校正信号が「Ｌ」でかつ比較信号Ｃ_omが「Ｈ」の時
即ち半導体レーザ発光素子１の発光強度が規定の強度よ
り低い時には、制御回路１３は、内部のレジスタの値を
１カウント・アップし、この値をデータＤ_idとして出力
し、Ｄ／Ａデータ変換器６の出力を増し駆動電流Ｉｄを
増し半導体レーザ発光素子１の発光強度を増す。この動
作を比較信号Ｃ_omが「Ｌ」になるまで繰り返す。一方、
校正信号が「Ｌ」でかつ比較信号Ｃ_omが「Ｌ」の時即ち
半導体レーザ発光素子１の発光強度が規定の強度より高
い時には、制御回路１３は、内部のレジスタの値を１カ
ウント・ダウンし、この値をデータＤ_idとして出力し、
Ｄ／Ａデータ変換器６の出力を減らし駆動電流Ｉｄを増
し半導体レーザ発光素子１の発光強度を減らす。この動
作を比較信号Ｃ_omが「Ｈ」になるまで繰り返す。

【００２７】次に、本実施例の発光強度の安定化動作を
図３のタイミングチャートの説明をする。３０の波形
は、半導体レーザ発光素子１の発光強度を示す。符号３
１の波形は、電流−電圧変換回路７の出力である脈流信
号Ｖｐを示す。符号３２の波形は、変換回路８の出力で
ある交流信号Ｖ_paを示す。３３の波形は、検波回路９の
出力である出力電圧Ｖ_pdを示す。区間３４と区間４０は
変調動作をする時間帯を示し、区間３５、区間３６、区
間３７、区間３８は校正動作をする時間帯、区間３９は
校正動作終了から変調動作開始までの休止の時間帯を示
す。符号４１の示す部分は、半導体レーザ発光素子１の
規定発光強度を表す。符号４２の示す部分は、半導体レ
ーザ発光素子１の最小発光強度を表す。符号４３の示す
部分は、フォトディテクタ２が発生する暗電流を表す。
符号４４の示す部分は、半導体レーザ発光素子１の最小
発光強度分を表す。

【００２８】まず、区間３４においては、図示していな
い区間３４の以前に行われた後述する校正動作により決
定された制御回路１３の内部のレジスタの値は、データ
Ｄ_idとしてＤ／Ａ変換器６へ出力される。駆動電流制御
回路３は、データＤ_idに基づくＤ／Ａ変換器６の出力に
従い駆動電流Ｉｄを出力する。半導体レーザ発光素子１
は、外部より入力される変調信号により変調回路４が駆
動電流Ｉｄに変調を施し変調光を発光する。

【００２９】次に、区間３５においては、校正信号が
「Ｌ」となり校正動作になる。変調回路４は、出力が高
インピーダンスになり変調動作を休止状態になる。校正
変調回路５は、駆動電流Ｉｄに対し校正動作用変調即ち
この時点での最高発光強度と最低発光強度を繰り返す変
調を施す。最低発光強度は、図３の４２で示すように０
（消灯）状態にはならずに半導体レーザ発光素子１のし
きい値近傍の低強度で発光している。このことは、半導
体レーザ発光素子に対し高速変調を行う際に特性改善方
法であり公知のものである。半導体レーザ発光素子１の
出力光、は図３の３０で示すような発光強度になり、脈
流のレーザ光となる。この脈流のレーザ光の一部をフォ
トディテクタ２が受光することにより光電流Ｉｐを発生
する。電流−電圧変換回路７は、この光電流Ｉｐを入力
することにより図３の３１で示す脈流信号Ｖｐを出力す
る。変換回路８は、入力される脈流信号Ｖｐを交流に変
換する際に、図３の４３で示すフォトディテクタ２の暗
電流分と図３の４４で示す最低発光強度分を除去し、図
３の３２で示すような交流信号Ｖ_paを出力する。検波回
路９は、入力される交流信号Ｖ_paを尖頭値検波を行い図
３の３３で示すような出力電圧Ｖ_pdを出力する。比較器
１０は、出力Ｖ_pdと補正基準電圧Ｖ_rcとを比較し、最高
発光強度が図３の４１で示す規定の強度に達していない
ことを検知し比較信号Ｃ_omとして「Ｈ」を出力する。比
較信号Ｃ_omを入力された制御回路１３は、内部のレジス
タの値を１カウント・アップする。

【００３０】区間３６においては、制御回路１３は、上
述の区間３５で１カウント・アップした内部のレジスタ
の値をＤ／Ａ変換器６に出力し、駆動電流制御回路３か
ら出力される駆動電流Ｉｄを増大させ、半導体レーザ発
光素子１の発光強度を高めさせる。上述の区間３５の説
明と同等な動作をする。

【００３１】区間３７においては、区間３６においても
半導体レーザ発光素子１の発光強度が規定に強度に達し
ていないため、上述の区間３６と同様な動作をする。区
間３８においては、区間３７においても半導体レーザ発
光素子１の発光強度が規定に強度に達してないため、上
述の区間３５と同様な動作をする。しかし、制御回路１
３は、最高発光強度が図３の４１で示す規定の強度に達
し比較器１０の出力が「Ｌ」となったため内部のレジス
タの値を１カウント・アップしないでデータＤ_idとして
Ｄ／Ａ変換器６へ出力する。

【００３２】区間３９は、校正信号が変調を指示するま
での待ち時間である。区間４０は、区間３５、区間３
６、区間３７、区間３８により設定された駆動電流Ｉｄ
にて半導体レーザ発光素子１を駆動し、変調する区間で
ある。

【００３３】本発明は以上詳述した実施例に限定される
ものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲に於て種々の変
更を加えることができる。例えば、検波回路９が尖頭値
検波でなく平均値検波でも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の光出力安定化回路は、校正変調回路と変換回路と
検波回路とにより校正されているので、フォトディテク
タの暗電流の影響が除去できるため周囲温度に依存する
こと無く半導体レーザ発光素子の発光強度を常に安定さ
せる光出力安定化回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光出力安定化回路の全体の構成を示す
図である。

【図２】変換回路の構成及び検波回路の構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の光出力安定化回路の動作のタイミング
関係を表す図である。

【図４】半導体レーザ発光素子の温度特性及びフォトデ
ィテクタの変換効率の温度特性を示す図である。

【図５】従来の光出力安定化回路の全体の構成を示す図
である。

【図６】変換効率補正回路の構成及び変換効率補正回路
の構成を示す図である。

【図７】校正信号と変調信号のタイミングを表す図であ
る。

【図８】フォトディテクタの暗電流の温度特性を示す図
である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ発光素子 ２…フォトディテクタ ５…校正変調回路 ８…変換回路 ９…検波回路 １２…変換効率補正回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発生する半導体レーザ発光素
   子と、前記半導体レーザ発光素子の発光強度を検知する
   フォトディテクタと、前記フォトディテクタの光−電機
   変換効率の変動を補正する変換効率補正回路とからな
   り、外部より間欠的に入力される校正信号により前記フ
   ォトディテクタの出力に基づき発光強度を調整する光出
   力安定化回路において、 前記校正信号により前記半導体レーザ発光素子より出力
   され前記フォトディテクタに入力されるレーザ光を脈流
   にする校正変調信号を発生する校正変調回路と、前記フ
   ォトディテクタの出力を交流にする変換回路と、前記変
   換回路より出力される交流を検波する検波回路とを備え
   ることを特徴とする光出力安定化回路。