JP3065791B2 - 半導体レーザ駆動制御回路 - Google Patents

半導体レーザ駆動制御回路

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JP3065791B2
JP3065791B2 JP4138456A JP13845692A JP3065791B2 JP 3065791 B2 JP3065791 B2 JP 3065791B2 JP 4138456 A JP4138456 A JP 4138456A JP 13845692 A JP13845692 A JP 13845692A JP 3065791 B2 JP3065791 B2 JP 3065791B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、レー
ザファクシミリ、デジタル複写機等のように、半導体レ
ーザを用いた光書込み装置に用いられる半導体レーザ駆
動制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは小型であり、かつ、駆動
電流により高速変調を直接行えることから、近年、レー
ザプリンタ等の光書込み装置の光源として広く利用され
ている。
【0003】ここに、半導体レーザは、その光出力・順
方向電流特性が個々に異なるので、高品位画像形成のた
めに所望の光量を得るには、出力可能な駆動電流レベル
を調整する必要がある。そこで、種々のAPC回路(自
動パワー制御回路)が提案されているが、中でも、光・
電気負帰還ループを利用した特開平2−205375号
公報に示されるような駆動制御方式が、高速・高精度・
高分解能の点で有望といえる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体レー
ザは個々に、その微分量子効率、受光素子と半導体レー
ザの光出力との結合効率、及び受光素子の光入力・受光
信号特性が異なり、常に一定電流を受光素子に供給して
も、所望のオフセット光量が得られない場合がある。
【0005】例えば、図9において、2つの半導体レー
ザLD1,LD2の特性を考えた場合、半導体レーザL
D1の時にはオフセット電流IOFFSETのときにオフセッ
ト光量POFFSETが得られるが、半導体レーザLD2の時
にはオフセット電流IOFFSETを与えても所望のオフセッ
ト光量POFFSETは得られないものとなってしまう。これ
は、上記のように光・電気負帰還ループを構成して半導
体レーザの駆動電流を常時制御する構成の半導体レーザ
駆動制御回路にあっても、このような半導体レーザLD
2については正常に動作しないものである。
【0006】一方、半導体レーザの光出力・順方向電流
特性、受光素子と半導体レーザの光出力との結合係数、
及び受光素子の光入力・受光信号特性に基づいた信号
は、電源投入時にタイミング信号発生回路等によって生
成・設定されるが、一旦設定されると電源を落すまでは
その値に維持される。従って、例えば図10に示すよう
に、光量調整回路における外部電圧又は可変抵抗器によ
り光量をPaからPbに変更した場合、変換手段による
変換電流は変わらないのでP1 は一定であり、光出力の
応答特性が同図(a)に示した状態から同図(b)に示す状
態に、見掛け上、劣化してしまう場合がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、発光レべル指令信号に応じた光量となるように半導
体レーザを駆動制御する半導体レーザ駆動制御回路にお
いて、前記半導体レーザの光出力を受光検知する受光素
子と、この受光素子により検知されて得られる半導体レ
ーザの光出力に比例した受光信号と入力データに基づき
生成される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、前記受光素子と前記半導体レーザの光出力との
結合係数、及び前記受光素子の光入力・受光信号特性に
基づき前記入力データ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、外部から与えられる電圧と可変
抵抗器とにより前記半導体レーザの光量を調整する光量
調整回路と、この光量調整回路により調整された前記半
導体レーザの光量に比例したオフセット光量がこの半導
体レーザから得られるように前記受光素子に電流を供給
するオフセット供給回路とを設けた。
【0008】加えて、請求項2記載の発明では、エミッ
タ面積の異なる2つのトランジスタを用いて形成されて
一定電圧を生成する2つの電圧生成部と、負端子側がグ
ランドに接続された一方の電圧生成部の正端子と電源と
の間に接続した第1抵抗と第2抵抗との接続中点に一方
の入力が接続され、正端子が電源に接続された他方の電
圧生成部の負端子とグランドとの間に接続した第3抵抗
と定電流源との接続中点に他方の入力が接続された2入
力差動スイッチによる電位比較部とを有して、この他方
の入力が前記一方の入力より低電位のときに前記半導体
レーザに対する駆動電流を遮断する電源電圧監視回路を
設けた。
【0009】さらに、請求項3記載の発明では、光・電
気負帰還ループの制御時間より長く設定された時定数の
ローパスフィルタが一方の入力端子に接続されて他方の
入力端子が定電位に保たれた2入力の電位比較器を、前
段の電位比較器出力を後段のローパスフィルタの入力と
して、複数段に接続したタイミング信号発生回路を設
け、電源電圧監視回路中の電位比較部に対する一方の入
力が他方の入力より低電位のときに初段の電位比較器の
入力端子の充電を開始させるとともに、2段目以降の電
位比較器の入力端子は前段の電位比較器の出力により各
ローパスフィルタの時定数で順次充電させ、前記半導体
レーザの光出力・順方向電流特性、前記受光素子と前記
半導体レーザの光出力との結合係数、及び前記受光素子
の光入力・受光信号特性に基づく信号を生成するために
各段の電位比較器からタイミング信号を出力させるよう
にした。
【0010】一方、請求項4記載の発明では、発光レべ
ル指令信号に応じた光量となるように半導体レーザを駆
動制御する半導体レーザ駆動制御回路において、前記半
導体レーザの光出力を受光検知する受光素子と、この受
光素子により検知されて得られる半導体レーザの光出力
に比例した受光信号と入力データに基づき生成される発
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、前記
受光素子と前記半導体レーザの光出力との結合係数、及
び前記受光素子の光入力・受光信号特性に基づき前記入
力データ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、前記半導体レーザに対する電源電圧が所定の
電位より低いときに前記半導体レーザに対する駆動電流
を遮断する電源電圧監視回路と、光・電気負帰還ループ
の制御時間より長く設定された時定数のローパスフィル
タが一方の入力端子に接続されて他方の入力端子が定電
位に保たれた2入力の電位比較器を、前段の電位比較器
出力を後段のローパスフィルタの入力として、複数段に
接続し、前記電源電圧が所定の電位より高いときに初段
の電位比較器の入力端子の充電を開始させるとともに、
2段目以降の電位比較器の入力端子は前段の電位比較器
の出力により各ローパスフィルタの時定数で順次充電さ
せて、前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性、前
記受光素子と前記半導体レーザの光出力との結合係数、
及び前記受光素子の光入力・受光信号特性に基づく信号
を生成するために各段の電位比較器からタイミング信号
を出力するタイミング信号発生回路とを設け、このタイ
ミング信号発生回路中の各段のローパスフィルタの出力
端に外部制御信号によりこの出力端を接地させる放電用
スイッチ素子を接続した。
【0011】この際、請求項5記載の発明では、電源電
圧監視回路を、エミッタ面積の異なる2つのトランジス
タを用いて形成されて一定電圧を生成する2つの電圧生
成部と、負端子側がグランドに接続された一方の電圧生
成部の正端子と電源との間に接続した第1抵抗と第2抵
抗との接続中点に所定の電位入力が接続され、正端子が
電源に接続された他方の電圧生成部の負端子とグランド
との間に接続した第3抵抗と定電流源との接続中点に電
源電圧入力が接続された2入力差動スイッチによる電位
比較部とを有し、前記電源電圧入力が前記所定の電位入
力より低電位のときに前記半導体レーザに対する駆動電
流を遮断するものとした。
【0012】また、請求項6記載の発明では、外部から
与えられる電圧と可変抵抗器とにより半導体レーザの光
量を調整する光量調整回路を付加して設けた。
【0013】さらに、請求項7記載の発明では、光量調
整回路により調整された半導体レーザの光量に比例した
オフセット光量がこの半導体レーザから得られるように
受光素子に電流を供給するオフセット供給回路を付加し
て設けた。
【0014】
【作用】請求項1記載の発明によれば、オフセット供給
回路によって光量調整回路で設定された信号に比例した
電流を受光素子に常時供給することで、半導体レーザに
対して光・電気負帰還ループによる光出力制御が安定し
て行われる。
【0015】加えて、請求項2記載の発明によれば、電
圧生成部を含めて抵抗、トランジスタだけで構成した電
源電圧監視回路を設けたので、IC内部に組込むことが
可能なほどに小型化を図ることができる。また、電源電
圧が所定の電位に達しない場合には半導体レーザに電流
が流れないように遮断するので、半導体レーザの光出力
を高速・高精度に制御でき、かつ、電源投入時等のよう
に電源が不安定な状況下での半導体レーザの劣化も防止
される。
【0016】また、請求項3記載の発明によれば、電源
電圧が所定の電位以上となってから起動し、光・電気負
帰還ループの制御時間より長い時定数を有するローパス
フィルタを用いた簡易な構成のタイミング信号発生回路
によってタイミング信号を生成することで、半導体レー
ザ及び受光素子の特性に基づく信号を生成するので、各
種半導体レーザの光出力を高速・高精度に制御できると
ともに、電源投入時のような電源不安定状態における半
導体レーザの劣化も防止される。さらには、電源電圧の
バラツキによる不適切な変換電流を生成することなく最
適な変換電流を生成し、良好なる光出力の応答特性が得
られるものとなる。
【0017】一方、請求項4記載の発明によれば、半導
体レーザ及び受光素子の特性に基づいた信号生成に用い
るためのタイミング信号を出力するタイミング信号発生
回路に、放電用スイッチ素子を付加したので、このよう
な特性信号の生成を電源投入時だけでなく任意のタイミ
ングで生成し得るものとなり、半導体レーザの光出力を
高速・高精度に制御可能となり、かつ、環境温度変化が
生じた場合や、電源電圧が立上った後に光量調整を行っ
ても、書込み装置における制御信号を用いることで、常
に、最適な変換電流を得ることができ、光出力の応答特
性の劣化しないものとなる。
【0018】この際、請求項5記載の発明によれば、光
出力の応答特性を劣化させることなく半導体レーザの光
出力を高速・高精度に制御でき、かつ、抵抗、コンデン
サだけで構成した電源電圧監視回路によるため、電源投
入時等の電源の不安定な状態における半導体レーザの劣
化を防止し得るだけでなく、IC内部に組込むことが可
能なほどに小型化を図ることができる。
【0019】加えて、請求項6記載の発明によれば、小
型化が図れ、光出力の応答特性を劣化させることなく、
半導体レーザの光出力を高速・高精度に制御し得るとと
もに、外部電圧と可変抵抗器とによる光量調整回路を有
するので、光出力の微調を容易かつ安全に行うことがで
きる。
【0020】さらに、請求項7記載の発明によれば、請
求項6記載の発明の作用に加え、オフセット供給回路を
有するので、微分量子効率、受光素子の光入力・受光信
号特性の異なる各種半導体レーザに対して光・電気負帰
還ループによる光出力の制御を安定して行うことができ
る。
【0021】
【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図8に基づい
て説明する。まず、請求項1記載の発明に相当する基本
構成を図1に示す。入力データに応じて生成される発光
レベル指令信号は比較増幅器1に入力され、制御対象と
なる半導体レーザ2の光出力の一部が受光素子3により
モニタされる。ここに、これらの比較増幅器1と半導体
レーザ2と受光素子3とは光・電気負帰還ループ4を形
成しており、比較増幅器1は受光素子3に誘起された光
起電流(半導体レーザ2の光出力に比例する)に比例す
る受光信号と前記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2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、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、半導体レーザ2の光出力・順方向電流特性、
受光素子3と半導体レーザ2の光出力との結合係数、及
び、受光素子3の光入力・順方向電流特性に基づき、前
記入力データを前記半導体レーザ2の順方向電流に変換
する電流変換器(変換手段)5が設けられている。この
電流変換器5の出力電流と前記比較増幅器1から出力さ
れる制御電流との和電流が半導体レーザ2の順方向電流
となって制御されることになる。
【0022】ここに、前記発光レベル指令信号は入力デ
ータに基づき発光レベル生成回路6で生成されるが、こ
の発光レベル生成回路6には光量調整回路7が接続され
ており、この光量調整回路7からの出力により前記発光
レベル指令信号は可変調整される。この光量調整回路7
は概略的には外部から与えられる外部電圧VEXT と可変
抵抗VRとを備えたものである。さらに、この光量調整
回路7の出力に基づき前記受光素子3に対して所定の電
流を供給するオフセット供給回路8も設けられている。
【0023】ついで、前記光量調整回路7の具体的構成
例を図2に示す。基本的には第1調整回路9aと第2調
整回路9bとにより構成されている。第1調整回路9a
は電源10によりベースに一定電位Vが与えられ、エミ
ッタ・グランド間に抵抗R1が接続されて定電流源を構
成するトランジスタ11のエミッタに対して、抵抗R2
を介して外部電圧VEXT を与えるようにしたものであ
り、抵抗R3 、トランジスタ12を介して電源Vccに接
続されている。また、第2調整回路9bはダイオード接
続されたトランジスタ13と、このトランジスタ13の
エミッタに接続された可変抵抗器VRと、トランジスタ
14及び抵抗R4 とによるカレントミラー構成とされて
いる。これらのトランジスタ13,14には前記第1調
整回路9aで設定された電流に比例した供給電流が、各
々抵抗R5,R6及びトランジスタ15,16を介して供
給されるとともに、トランジスタ14の出力が発光レベ
ル指令信号として前記発光レベル生成回路6に入力され
ている。
【0024】このような構成において、トランジスタ1
1に流れる電流I1 は、 I1=(V−0.7)/R1 +(V−0.7−VEXT )/R2 として求められる。いま、V=1.7V、R1 =10k
Ω、VEXT =1Vとすると、I1 =100μAとなる。
また、R2 =100kΩとし、VEXT の電圧可変範囲を
0〜2Vとすると、電流I1 の調整幅は±20%とする
ことができる。
【0025】また、トランジスタ13,14に対する供
給電流をI2 、トランジスタ14に流れる電流をI3
すると、発光レベル生成回路6に出力される出力電流I
0 は、 I0=I3−I2=(VR・I2/R4)−I2=(VR−R4)I2/R4 として求められる。但し、I2=(R3/R5)・I1、I
3=(VR/R4)・I2である。ここに、前述したよう
にI1 =100μAであり、R3=R5=R6、R4=10
kΩ、VR=11kΩとすると、I0 =10μAとな
り、微小な信号が生成でき、光量調整(微調)を容易に
行なえるものとなる。
【0026】この際、出力電流I0 は電流I3,I2の差
電流によるものであり、可変抵抗器VRのトリミング時
のバラツキ等によるオフセット電流は電流I2 で吸収さ
れるので、出力電流I0 が過大電流となって半導体レー
ザ3を劣化させるようなこともない。
【0027】また、前記オフセット供給回路8の具体的
構成例を図3に示す。基本的には、第1カレントミラー
17と第2カレントミラー18とにより構成されてい
る。第1カレントミラー17は前記光量調整回路7から
の出力電流I0 がコレクタ側に供給されるトランジスタ
19と対をなすトランジスタ20とにより構成されてい
る。各トランジスタ19,20のエミッタには抵抗
7,R8が接続されている。また、第2カレントミラー
18はトランジスタ20のコレクタにコレクタが接続さ
れたトランジスタ21と対をなすトランジスタ22とに
より構成され、各トランジスタ21,22のエミッタに
は抵抗R9,R10 が接続され、前記トランジスタ22の
コレクタからオフセット電流IOFFSETが取出されてい
る。
【0028】いま、光出力の最大値をPmax 、受光素子
3と半導体レーザ2の光出力との結合係数、及び受光素
子3の光入力・受光信号特性をαとするとともに、発光
レベル生成回路6を5ビットのD/Aコンバータで構成
し、その基準信号をI0 とすると、 Pmax・α=31×I0 が成立ち、この式の関係を満足するように光量調整回路
7で電流I0 が調整される。従って、図3に示すように
オフセット供給回路8を構成することで、αの値の異な
る各種半導体レーザに対して常に一定のオフセット光量
を与えることができる。
【0029】例えば、最大光出力を5mW、R7・R9
(R8・R10)=1/2 とすると、オフセット電流I
OFFSET=I0/2 となり、各種半導体レーザに対してオ
フセット光量POFFSET=80μWが得られる。
【0030】このような高速・高精度・高分解能な半導
体レーザ制御回路に対して、本実施例では、図4に示す
ような電源電圧監視回路25が付加されている(請求項
2記載の発明に相当)。この電源電圧監視回路25は一
定電位と、電源電圧Vccから一定電圧降下した電位との
大小を比較することで、電源電圧Vccが所定電位以上で
あるか否かを判断する機能を有し、一定電位のほうが大
きい状態では電源電圧Vccがまだ所定電位以下であると
判断して、前記比較増幅器1及び電流変換器5に所定の
指令信号を出力し、半導体レーザ2に駆動電流が流れな
いように遮断制御する機能を持たせたものである。
【0031】まず、電位比較部を形成する2入力差動ス
イッチ26が定電流源27を介して電圧Vccなる電源に
接続されている。2入力差動スイッチ26を構成する一
方のトランジスタ28のベース(一方の入力)は、電源
と負端子側がグランドに接続された一定電圧Vr の電圧
生成部29の正端子との間に直列に接続した抵抗R11
12の接続中点に接続されている。即ち、トランジスタ
28のベースには抵抗R12を介して一定電位Vr が与え
られている。また、2入力差動スイッチ26を構成する
他方のトランジスタ30のベース(他方の入力)は、正
端子が電源に接続された一定電圧Vr の電圧生成部31
の負端子とグランドとの間に直列に接続した抵抗R13
定電流源32との接続中点に接続されている。即ち、ト
ランジスタ30のベースには電源電圧Vccから一定電圧
降下した電位(Vcc−Vr) が与えられている。
【0032】2入力差動スイッチ26の出力となるトラ
ンジスタ30のコレクタにはカレントミラーを形成する
ダイオード接続のトランジスタ33が接続されている。
このトランジスタ33のベースにはカレントミラーの他
方のトランジスタをなすトランジスタ34が接続されて
いる。このトランジスタ34の出力(コレクタ)は前記
半導体レーザ2に対する駆動トランジスタ35による駆
動電流を制御するための比較増幅器1及び電流変換器5
内の制御部(図示せず)に接続されている。この駆動ト
ランジスタ35のベース側に接続されたトランジスタ3
6のベースaには発光レベル指令信号に対応した信号が
入力される。
【0033】このような構成において、その動作を説明
する。まず、抵抗R12 の端子間電圧をV1 、抵抗R13
の端子間電圧をV2 とすると、トランジスタ28のベー
スはグランドに対して一定電圧Va (=Vr+V1)上が
った電位であるのに対し、トランジスタ30のベースは
電源電圧Vccから一定電圧Vb (=Vr+V2)下がった
電位であるので、電源電圧Vccが Va >Vcc−Vb なる関係を満たすと、トランジスタ30のベース電位
が、トランジスタ28のベース電位よりも低いため、ト
ランジスタ28がオフ状態でトランジスタ30がオン状
態となる。よって、カレントミラー、即ちトランジスタ
33,34に電流が流れ、トランジスタ34により駆動
トランジスタ35のベース電位を引下げるので、駆動ト
ランジスタ35がオフし、半導体レーザ2には駆動電流
が流れない。
【0034】ここに、2入力差動スイッチ26がスイッ
チングする電位Vs は、 Vs =(2+R12/R11)・Vr+(1+R12/R11)・V2 のように設定される。電源電圧Vccがこの式で求められ
る電位Vs 以上であれば、トランジスタ28側がオンし
トランジスタ30側がオフすることで、トランジスタ3
4が関与しない状態となり、駆動トランジスタ35のベ
ース電位がトランジスタ36により制御されるものとな
る。即ち、半導体レーザ2には発光レベル指令信号に応
じた駆動電流が流れ、所望の光出力が得られるものとな
る。
【0035】ところで、一定電圧Vr の電圧生成部2
9,31は、例えば図5に示すように、トランジスタと
抵抗とにより構成してもよい。即ち、ダイオード接続さ
れたトランジスタ37のベースとトランジスタ38のベ
ースとを接続し、トランジスタ37のエミッタを抵抗R
14を介してトランジスタ38のエミッタに接続し、トラ
ンジスタ37のコレクタを抵抗R15を介してトランジス
タ38のコレクタに接続してこのトランジスタ38のエ
ミッタ・コレクタ間に一定電圧Vr を生成させるように
したものである。ここに、トランジスタ37のエミッタ
面積はトランジスタ38のエミッタ面積のk倍(kは1
よりも大きな値)とされている。
【0036】このような構成において、いま、電源電圧
Vccがトランジスタ37のバンドギャップ以上の電圧で
あり、トランジスタ37,38の各々のベース・エミッ
タ間電圧をVBE(37),VBE(38)とすると、抵抗R14
の端子間電圧Ve は、Vt=0.08617×絶対温度
(mv)とすると、 Ve =VBE(38)−VBE(37)=Vt・ln(k) となる。従って、トランジスタ38のエミッタ・コレク
タ間に発生する電圧Vrは、 Vr =Ve +VBE(37)+(R15/R14)/Ve =(1+R15/R14)・Vt・ln(k)+VBE(37) として求まり、抵抗比R15/R14とトランジスタ37,
38のエミッタ面積比kとにより、ほぼ一定となること
が判る。
【0037】よって、図4に示した電源電圧監視回路2
5において、電圧生成部29,31を図5のような回路
構成のものとすれば、全てをトランジスタと抵抗とによ
り構成できるものとなり、半導体レーザ駆動制御回路用
のIC内部に組み込めるものとなり、小型化を促進でき
る。
【0038】ところで、電源投入時に電源電圧Vccが徐
々に立上がる場合を考える。電源電圧Vccがトランジス
タ37のバンドギャップ以下の電圧でトランジスタ38
による一定電圧Vr が生成されない状態では、トランジ
スタ28のベース電位は抵抗R11 により電源電圧Vcc
に従い上昇するが、トランジスタ30のベース電位は電
源に接続された電圧生成部31がオフ状態であり定電流
源32にも電流が流れないため、ほぼ0であり、トラン
ジスタ30がオン状態となる。即ち、一定電圧Vr が生
成されない場合であっても、2入力差動スイッチ26に
おいてトランジスタ30側のオンが確保され、半導体レ
ーザ2に電流が流れないものとなり、回路不安定状態で
の過大電流による半導体レーザ2の劣化が確実に防止さ
れる。一定電圧Vr が生成された後は、前述したような
関係式を電源電圧Vccが満たすまでトランジスタ30側
のオン状態、即ち半導体レーザ2の駆動電流遮断状態が
維持される。
【0039】さらに、請求項3記載の発明による場合、
例えば図6に示すように、タイミング信号発生回路41
が付加されるとともに、半導体レーザ2の光出力・順方
向電流特性、受光素子3と半導体レーザ2の光出力との
結合係数、及び受光素子3の光入力・受光信号特性に基
く信号を、このタイミング信号発生回路41により生成
されたタイミング信号を用いて生成するように構成され
る。
【0040】まず、タイミング信号発生回路41はロー
パスフィルタ(LPF)42が一方の入力端子に接続さ
れ他方の入力端子が定電位に保たれた2入力の電位比較
器43を、複数段に渡って縦列接続したものである。図
示例は2段であり、初段(第1段)はLPF42aと定
電位Vaと電位比較器43aとにより構成され、2段目
はLPF42bと定電位Vbと電位比較器43bとによ
り構成されている。ここに、前段の電位比較器43aの
出力が後段のLPF42bの入力となるように縦列接続
される。また、タイミング信号発生回路41、従って、
初段のLPF42aに対する入力端子Inには、半導体
レーザ駆動制御回路の電源電圧Vccが所定値に立上がる
ことにより電流Iが注入されるように構成されている。
この電流Iは図4に示した電源電圧監視回路25におい
て、電位比較部(2入力差動スイッチ26)の一方の出
力側(トランジスタ28のコレクタ側)にもトランジス
タ33,34と同様なカレントミラーを設けることで容
易に得られる。さらに、各LPF42a,42bの時定
数は光・電気負帰還ループ4の制御時間より長く設定さ
れている。
【0041】このような構成において、電源電圧Vccが
所定値に立上ると(電源電圧監視回路25で監視し得
る)、入力端子Inに電流Iが注入され、LPF42a
の容量が充電され始める。このLPF42aの出力電位
が設定電位Vaを越えると電位比較器43aはタイミン
グ信号T0 を出力し、2段目のLPF42bを充電し始
める。また、タイミング信号T0 によって発光レベル指
令信号を最大として比較増幅器1に出力する。この時の
半導体レーザ2の制御電流の変化分を変化検出器44で
捉え、制御回路内で予め設定されている基準信号(電
圧)VREF との大小を比較器45で比較し、その結果を
D/Aコンバータ46に出力する。このD/Aコンバー
タ46はタイミング信号T0 でLPF42bの容量が充
電され、設定電位Vbを越えた時にその電位比較器43
bから出力されるタイミング信号T1により前記比較器
45の出力結果を取込む。このD/Aコンバータ46の
出力信号を電流変換器5に与えることにより、この電流
変換器5では半導体レーザ2と受光素子3との特性に基
づいた信号が生成され、入力データに応じて駆動電流へ
の変換動作を行う。
【0042】ここに、タイミング信号発生回路41の最
終段のタイミング信号が生成されるまでの間、半導体レ
ーザ2の駆動電流は一定であり、電流変換器5によって
生成された電流分だけ制御電流が減少し、その変化分を
タイミング信号で逐次検出し、予め設定されている複数
の基準信号(電圧)と比較し、半導体レーザ2の光出力
・順方向電流特性、受光素子3と半導体レーザ2の光出
力との結合係数、及び受光素子3の光入力・受光信号特
性に基く電流を設定する。
【0043】このようにLPF42と電位比較器43と
からなる回路を縦列接続する段数とD/Aコンバータ4
6のビット数とを多くとることで、電流変換器5におけ
る変換電流の精度を高めることができる。
【0044】ところで、請求項4記載の発明の場合、こ
のタイミング信号発生回路41は図7に示すように放電
機能が付加されて構成される。これは、各段のLPF4
2a,42bの出力端と接地との間に制御端子を有する
放電用スイッチ素子47a,47bを接続し、外部制御
信号Sによりオン・オフし得るように構成したものであ
る。半導体レーザ駆動制御回路全体としては、例えば、
請求項5,6及び7記載の発明のように、図4に示した
ような電源電圧監視回路25、図2に示したような光量
調整回路7、図3に示したようなオフセット供給回路8
を含んで構成される。
【0045】例えば、放電用スイッチ素子47a,47
bがともにオフ状態で電源が立上ると、電源投入時の光
量調整回路7での設定で、電流変換器5に半導体レーザ
2の光出力・順方向電流特性、受光素子3と半導体レー
ザ2の光出力との結合係数、及び受光素子3の光入力・
受光信号特性に基づいた信号がタイミング信号発生回路
41から出力されるタイミング信号T1 により生成され
る。
【0046】ここで、タイミングt0 において外部制御
信号Sにより放電用スイッチ素子47a,47bがオン
すると、LPF42a,42bの容量が放電する。そし
て、電位比較器43a,43bの出力信号であるタイミ
ング信号T0,T1が図8に示すように変化する。また、
入力端子Inに流れ込む電流Iはグランドに流れる。そ
の後、タイミングt1 で外部制御信号Sにより放電用ス
イッチ素子47a,47bがオフすると、LPF42a
は電流Iで充電されてタイミング信号T0 を生成し、ま
た、このタイミング信号T0 によりLPF42bは充電
されてタイミング信号T1 を生成する。
【0047】これに対応し、タイミング信号T0 により
発光レベル生成回路6は、タイミングt1 直前の光量調
整回路7の設定に基づき発光レベル指令信号を最大にし
て比較増幅器1に出力し、タイミング信号T1 出力時点
で生じる制御電流の変化分と基準信号VREF との比較結
果を比較器45からD/Aコンバータ46に取込み、電
流変換器5に半導体レーザ2と受光素子3との特性に基
づいた信号を再度生成することができる。
【0048】ところで、外部制御信号Sを出力させるタ
イミングであるが、例えばレーザプリンタ等の光書込み
装置においては、ページ書込み開始前或いはライン走査
開始前など任意のタイミングでこの外部制御信号Sを出
力させれば、書込み直前に設定された光量に応じた変換
電流の生成が可能となり、光出力の応答特性の見掛け上
の劣化が防止される。
【0049】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、光・電気
負帰還ループ、変換手段を用いて発光レべル指令信号に
応じた光量となるように半導体レーザを駆動制御する半
導体レーザ駆動制御回路において、外部から与えられる
電圧と可変抵抗器とにより半導体レーザの光量を調整す
る光量調整回路と、この光量調整回路により調整された
半導体レーザの光量に比例したオフセット光量がこの半
導体レーザから得られるように受光素子に電流を供給す
るオフセット供給回路とを設けたので、オフセット供給
回路によって光量調整回路で設定された信号に比例した
電流を受光素子に常時供給することで、特性の異なる各
種半導体レーザに対して光・電気負帰還ループによる光
出力制御を安定して行うことができる。
【0050】加えて、請求項2記載の発明によれば、電
圧生成部を含めて抵抗、トランジスタだけで構成した電
源電圧監視回路を設けたので、IC内部に組込むことが
可能なほどに小型化を図ることができる上に、電源電圧
が所定の電位に達しない場合には半導体レーザに電流が
流れないように遮断するので、半導体レーザの光出力を
高速・高精度に制御でき、かつ、電源投入時等のように
電源が不安定な状況下での半導体レーザの劣化も防止で
きる。
【0051】また、請求項3記載の発明によれば、電源
電圧が所定の電位以上となってから起動し、光・電気負
帰還ループの制御時間より長い時定数を有するローパス
フィルタを用いた簡易な構成のタイミング信号発生回路
によってタイミング信号を生成することで、半導体レー
ザ及び受光素子の特性に基づく信号を生成するようにし
たので、特性の異なる各種半導体レーザの光出力を高速
・高精度に制御できるとともに、電源投入時のような電
源不安定状態における半導体レーザの劣化も防止でき、
さらには、電源電圧のバラツキによる不適切な変換電流
を生成することなく最適な変換電流を生成し、良好なる
光出力の応答特性を得ることができる。
【0052】一方、請求項4記載の発明によれば、半導
体レーザ及び受光素子の特性に基づいた信号生成に用い
るためのタイミング信号を出力するタイミング信号発生
回路に、放電用スイッチ素子を付加したので、このよう
な特性信号の生成を電源投入時だけでなく任意のタイミ
ングで生成することができ、半導体レーザの光出力を高
速・高精度に制御することが可能となり、かつ、環境温
度変化が生じた場合や、電源電圧が立上った後に光量調
整を行っても、書込み装置における外部制御信号を用い
ることで、常に、最適な変換電流を得ることができ、光
出力の応答特性の劣化しないものとすることができる。
【0053】この際、請求項5記載の発明によれば、光
出力の応答特性を劣化させることなく半導体レーザの光
出力を高速・高精度に制御できる上に、抵抗、コンデン
サだけで構成した電源電圧監視回路によるため、電源投
入時等の電源の不安定な状態における半導体レーザの劣
化を防止できるだけでなく、IC内部に組込むことが可
能なほどに小型化を図ることができる。
【0054】加えて、請求項6記載の発明によれば、小
型化が図れ、光出力の応答特性を劣化させることなく、
半導体レーザの光出力を高速・高精度に制御し得るとと
もに、外部電圧と可変抵抗器とによる光量調整回路を有
するので、光出力の微調を容易かつ安全に行うことがで
きる。
【0055】さらに、請求項7記載の発明によれば、請
求項6記載の発明の作用に加え、オフセット供給回路を
有するので、微分量子効率、受光素子の光入力・受光信
号特性の異なる各種半導体レーザに対して光・電気負帰
還ループによる光出力の制御を安定して行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示し、請求項1記載の発明
対応のブロック図である。
【図2】光量調整回路の構成例を示す回路図である。
【図3】オフセット供給回路の構成例を示す回路図であ
る。
【図4】請求項2記載の発明対応の電源電圧監視回路の
構成例を示す回路図である。
【図5】その電位生成部の構成例を示す回路図である。
【図6】請求項3記載の発明対応の構成例を示すブロッ
ク図である。
【図7】請求項4記載の発明対応のタイミング信号発生
回路の構成例を示すブロック図である。
【図8】その動作を説明するためのタイミングチャート
である。
【図9】半導体レーザの一般的な電流−光出力特性図で
ある。
【図10】光出力の応答特性を説明するための特性図で
ある。
【符号の説明】
2 半導体レーザ 3 受光素子 4 光・電気負帰還ループ 5 変換手段 7 光量調整回路 8 オフセット供給回路 25 電源電圧監視回路 26 電位比較部=2入力差動スイッチ 29 電圧生成部 31 電圧生成部 32 定電流源 41 タイミング信号発生回路 42 ローパスフィルタ 43 電位比較器 47 放電用スイッチ素子 VR 可変抵抗器 R11 第1抵抗 R12 第2抵抗 R13 第3抵抗

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光レべル指令信号に応じた光量となる
    ように半導体レーザを駆動制御する半導体レーザ駆動制
    御回路において、前記半導体レーザの光出力を受光検知
    する受光素子と、この受光素子により検知されて得られ
    る半導体レーザの光出力に比例した受光信号と入力デー
    タに基づき生成される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、前記受光素子と前記半導体レーザの
    光出力との結合係数、及び前記受光素子の光入力・受光
    信号特性に基づき前記入力データ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、外部から与えられる
    電圧と可変抵抗器とにより前記半導体レーザの光量を調
    整する光量調整回路と、この光量調整回路により調整さ
    れた前記半導体レーザの光量に比例したオフセット光量
    がこの半導体レーザから得られるように前記受光素子に
    電流を供給するオフセット供給回路とを設けたことを特
    徴とする半導体レーザ駆動制御回路。
  2. 【請求項2】 エミッタ面積の異なる2つのトランジス
    タを用いて形成されて一定電圧を生成する2つの電圧生
    成部と、負端子側がグランドに接続された一方の電圧生
    成部の正端子と電源との間に接続した第1抵抗と第2抵
    抗との接続中点に一方の入力が接続され、正端子が電源
    に接続された他方の電圧生成部の負端子とグランドとの
    間に接続した第3抵抗と定電流源との接続中点に他方の
    入力が接続された2入力差動スイッチによる電位比較部
    とを有して、この他方の入力が前記一方の入力より低電
    位のときに前記半導体レーザに対する駆動電流を遮断す
    る電源電圧監視回路を設けたことを特徴とする請求項1
    記載の半導体レーザ駆動制御回路。
  3. 【請求項3】 光・電気負帰還ループの制御時間より長
    く設定された時定数のローパスフィルタが一方の入力端
    子に接続されて他方の入力端子が定電位に保たれた2入
    力の電位比較器を、前段の電位比較器出力を後段のロー
    パスフィルタの入力として、複数段に接続したタイミン
    グ信号発生回路を設け、電源電圧監視回路中の電位比較
    部に対する一方の入力が他方の入力より低電位のときに
    初段の電位比較器の入力端子の充電を開始させるととも
    に、2段目以降の電位比較器の入力端子は前段の電位比
    較器の出力により各ローパスフィルタの時定数で順次充
    電させ、前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性、
    前記受光素子と前記半導体レーザの光出力との結合係
    数、及び前記受光素子の光入力・受光信号特性に基づく
    信号を生成するために各段の電位比較器からタイミング
    信号を出力させるようにしたことを特徴とする請求項2
    記載の半導体レーザ駆動制御回路。
  4. 【請求項4】 発光レべル指令信号に応じた光量となる
    ように半導体レーザを駆動制御する半導体レーザ駆動制
    御回路において、前記半導体レーザの光出力を受光検知
    する受光素子と、この受光素子により検知されて得られ
    る半導体レーザの光出力に比例した受光信号と入力デー
    タに基づき生成される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、前記受光素子と前記半導体レーザの
    光出力との結合係数、及び前記受光素子の光入力・受光
    信号特性に基づき前記入力データ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、前記半導体レーザに
    対する電源電圧が所定の電位より低いときに前記半導体
    レーザに対する駆動電流を遮断する電源電圧監視回路
    と、光・電気負帰還ループの制御時間より長く設定され
    た時定数のローパスフィルタが一方の入力端子に接続さ
    れて他方の入力端子が定電位に保たれた2入力の電位比
    較器を、前段の電位比較器出力を後段のローパスフィル
    タの入力として、複数段に接続し、前記電源電圧が所定
    の電位より高いときに初段の電位比較器の入力端子の充
    電を開始させるとともに、2段目以降の電位比較器の入
    力端子は前段の電位比較器の出力により各ローパスフィ
    ルタの時定数で順次充電させて、前記半導体レーザの光
    出力・順方向電流特性、前記受光素子と前記半導体レー
    ザの光出力との結合係数、及び前記受光素子の光入力・
    受光信号特性に基づく信号を生成するために各段の電位
    比較器からタイミング信号を出力するタイミング信号発
    生回路とを設け、このタイミング信号発生回路中の各段
    のローパスフィルタの出力端に外部制御信号によりこの
    出力端を接地させる放電用スイッチ素子を接続したこと
    を特徴とする半導体レーザ駆動制御回路。
  5. 【請求項5】 電源電圧監視回路を、エミッタ面積の異
    なる2つのトランジスタを用いて形成されて一定電圧を
    生成する2つの電圧生成部と、負端子側がグランドに接
    続された一方の電圧生成部の正端子と電源との間に接続
    した第1抵抗と第2抵抗との接続中点に所定の電位入力
    が接続され、正端子が電源に接続された他方の電圧生成
    部の負端子とグランドとの間に接続した第3抵抗と定電
    流源との接続中点に電源電圧入力が接続された2入力差
    動スイッチによる電位比較部とを有し、前記電源電圧入
    力が前記所定の電位入力より低電位のときに前記半導体
    レーザに対する駆動電流を遮断するものとしたことを特
    徴とする請求項4記載の半導体レーザ駆動制御回路。
  6. 【請求項6】 外部から与えられる電圧と可変抵抗器と
    により半導体レーザの光量を調整する光量調整回路を設
    けたことを特徴とする請求項5記載の半導体レーザ駆動
    制御回路。
  7. 【請求項7】 光量調整回路により調整された半導体レ
    ーザの光量に比例したオフセット光量がこの半導体レー
    ザから得られるように受光素子に電流を供給するオフセ
    ット供給回路を設けたことを特徴とする請求項6記載の
    半導体レーザ駆動制御回路。
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