JP3245215B2

JP3245215B2 - 半導体レーザ駆動制御回路

Info

Publication number: JP3245215B2
Application number: JP14186292A
Authority: JP
Inventors: 雅章石田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JPH05335667A

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
ザを光源に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
向電流特性が温度により著しく変化するので、半導体レ
ーザの光出力を所望値に設定しようとする場合に問題と
なる。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２−２０５３７９号公報等に示され
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。即ち、半導体レーザの光出力を受光素
子によりモニタし、半導体レーザの光出力に比例する受
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する光・電気負帰還ループ
により、半導体レーザの光出力を制御するというもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
制御方式において、光・電気負帰還ループを高速に動作
させようとする場合に、半導体レーザの光出力とこれを
モニタしている受光素子から得られる光出力に比例した
受光信号との間の周波数特性が良好でない場合がある。
周波数特性が良好でない場合、誤った負帰還制御がかか
り、光出力にオーバシュートを生じてしまう、といった
ように、所望の光出力波形が得られなくなることがあ
り、未だ不十分な制御方式といえる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、半導体レーザの光出力を受光部により検知しこの受
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、前記受光部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順方
向電流に変換する変換手段とを備え、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
流との和電流により前記半導体レーザを駆動制御するよ
うにした半導体レーザ駆動制御回路において、発光レベ
ル指令信号を反転させる反転回路を設け、この反転回路
により反転された発光レベル指令信号に基づき生成され
る制御信号電流によって生ずるインピーダンス変化によ
り前記受光部の周波数特性を補償する周波数特性補償回
路を設けた。

【０００６】

【０００７】この際、周波数特性補償回路を、請求項２
記載の発明では、１次のハイパスフィルタにより形成
し、請求項３記載の発明では、複数次のフィルタにより
形成した。

【０００８】請求項４記載の半導体レーザ駆動制御回路
の発明は、半導体レーザの光出力を受光部により検知し
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、前記受光部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
の順方向電流に変換する変換手段とを備え、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
れた電流との和電流により前記半導体レーザを駆動制御
するようにした半導体レーザ駆動制御回路において、発
光レベル指令信号に基づき生成される制御信号電流によ
って生ずるインピーダンス変化により受光部の周波数特
性を補償する周波数特性補償回路を設けた。請求項５記
載の半導体レーザ駆動制御回路の発明は、半導体レーザ
の光出力を受光部により検知し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、前記受光
部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順方向電流に変換する
変換手段とを備え、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電流によ
り前記半導体レーザを駆動制御するようにした半導体レ
ーザ駆動制御回路において、発光レベル指令信号に基づ
き生成される第１の制御信号電流によって生ずるインピ
ーダンス変化により第２の制御信号電流を生成し受光部
の受光信号電流に加えてこの受光部の周波数特性を補償
する周波数特性補償回路を設けた。請求項６記載の半導
体レーザ駆動制御回路の発明は、半導体レーザの光出力
を受光部により検知し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電流源で生成さ
れた発光レベル指令信号とを比較増幅器で比較してこれ
らの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、前記受光部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
順方向電流に変換する変換手段とを備え、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
た電流との和電流により前記半導体レーザを駆動制御す
るようにした半導体レーザ駆動制御回路において、前記
電流源と前記比較増幅器との間に前記受光部の周波数特
性を補償する周波数特性補償回路を設けた。請求項７記
載の半導体レーザ駆動制御回路の発明は、半導体レーザ
の光出力を受光部により検知し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電流源
で生成された発光レベル指令信号とを比較増幅器で比較
してこれらの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、前記受光部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
レーザの順方向電流に変換する変換手段とを備え、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電流により前記半導体レーザを駆
動制御するようにした半導体レーザ駆動制御回路におい
て、前記受光部の周波数特性を補償する周波数特性補償
回路を、前記発光レベル指令信号が前記周波数特性補償
回路を介して電流源に入力されるように設け、前記周波
数特性補償回路と前記発光レベル指令信号とに基づい
て、前記光・電気負帰還ループが動作する。請求項８記
載の半導体レーザ駆動制御回路の発明は、半導体レーザ
の光出力を受光部により検知し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電流源
で生成された発光レベル指令信号とを比較増幅器で比較
してこれらの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、前記受光部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
レーザの順方向電流に変換する変換手段とを備え、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電流により前記半導体レーザを駆
動制御するようにした半導体レーザ駆動制御回路におい
て、２つのトランジスタの各々に同じオフセット電流を
流すように接続された２つのオフセット電流源と、抵抗
との接続中点に接続された前記２つのトランジスタのベ
ースにベース電圧を供給する別のオフセット電流源と、
前記電流源と一方のトランジスタとの間に接続された抵
抗と、前記電流源ともう一方のトランジスタとの間に接
続されたコンデンサとを具備し、前記受光部の周波数特
性を補償する周波数特性補償回路を設けた。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明によれば、光・電気負帰還
ループを用いた制御方式において、受光部の周波数特性
を補償する周波数特性補償回路を有するので、常に発光
レベル指令信号に従った所望の光波形を得ることが可能
となり、高速・高精度な制御が確保される。この場合、
反転された発光レベル指令信号に基づき生成される制御
信号電流によって生ずるインピーダンス変化により受光
部の周波数特性を補償する周波数特性補償回路としたの
で、簡単な回路構成で済みＩＣ化に適したものとなる。

【００１０】

【００１１】特に、請求項２記載の発明によれば、イン
ピーダンス変化と周波数補償とを１次のハイパスフィル
タを用いた回路構成で実現しているので、部品点数が少
なくてより簡単な回路構成で済むものとなる。

【００１２】一方、請求項３記載の発明によれば、イン
ピーダンス変化と周波数補償とを、２次以上の複数次の
フィルタを用いた回路構成で実現しているので、受光部
のあらゆる周波数特性に適応できるものとなる。

【００１３】請求項４記載の発明によれば、光・電気負
帰還ループを用いた制御方式において、受光部の周波数
特性を補償する周波数特性補償回路を有するので、常に
発光レベル指令信号に従った所望の光波形を得ることが
可能となり、高速・高精度な制御が確保される。また、
発光レベル指令信号に基づき生成される制御信号電流に
よって生ずるインピーダンス変化により受光部の周波数
特性を補償する周波数特性補償回路としたので、簡単な
回路構成で済みＩＣ化に適したものとなる。

【００１４】請求項５ないし８記載の発明によれば、光
・電気負帰還ループを用いた制御方式において、受光部
の周波数特性を補償する周波数特性補償回路を有するの
で、常に発光レベル指令信号に従った所望の光波形を得
ることが可能となり、高速・高精度な制御が確保され
る。特に、請求項５記載の発明によれば、インピーダン
ス変化により第２の制御信号電流を生成し受光部の受光
信号電流に加えてこの受光部の周波数特性を補償する周
波数特性補償回路としたので、光・電気負帰還ループ中
の入力部のインピーダンスを常にハイインピーダンスに
保つことができ、この光・電気負帰還ループを高速かつ
安定させて動作させ得るものとなる。また、請求項８記
載の発明によれば、比較増幅器の入力部を常にハイイン
ピーダンスに維持できるので、光・電気負帰還ループで
の交叉周波数を一定にすることができる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図１及び図２に基づいて説
明する。まず、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（受光部）３
によりモニタされる。ここに、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
受光信号電流（モニタ電流）Ｉpdと発光レベル指令信号
に基づき電流源５で生成された第１発光レベル指令信号
電流ＩＤＡ₁とを比較して、その結果により半導体レー
ザ２の順方向電流をモニタ電流Ｉpdと第１発光レベル指
令信号電流ＩＤＡ₁ とが等しくなるように制御する。

【００１６】また、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、前記発光レベル指令信号を第２発光レベル指令
信号電流ＩＤＡ₂ なる半導体レーザ２の順方向電流に変
換する電流変換器（変換手段）６が設けられている。よ
って、この電流変換器６の出力電流（第２発光レベル指
令信号電流ＩＤＡ₂ ）と比較増幅器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。

【００１７】いま、光・電気負帰還ループ４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２の光出力Ｐ_O のステップ応答
特性は、ｔ＝∞における光出力をＰ_L 、電流変換器６に
より設定された光量をＰ_S とすると、Ｐ_O＝Ｐ_L＋（Ｐ_S−Ｐ_L）exp（−２πｆ₀ｔ）で近似できる。ここでは、光・電気負帰還ループ４の開
ループでのＤＣゲインを１００００としているので、設
定誤差は０．０１％となり、設定誤差の許容範囲を０．
１％以下とした場合には光出力Ｐ_L は設定された光量に
等しいと考えられる。従って、仮に電流変換器６により
設定された光量Ｐ_SがＰ_Lに等しければ、瞬時に半導体レ
ーザ２の光出力Ｐ_OがＰ_Lに等しくなる。しかしながら、
温度変動、外乱等により半導体レーザ２の光出力・順方
向電流特性が変動して光量Ｐ_S が変化した場合には、電
流変換器６による過不足電流分を比較増幅器１により半
導体レーザ２の順方向電流として流す。また、半導体レ
ーザ２のドゥループ特性等により、光量Ｐ_S が５％変動
したとしてもｆ₀ ＝４０ＭＨｚ程度であれば、１０ナノ
秒後には半導体レーザ２の光出力は設定値に対する誤差
が０．４％以下となる。

【００１８】上述した動作は、半導体レーザ２と受光素
子３との周波数特性が十分に良好な場合であるが、仮
に、半導体レーザ２の光出力と受光素子３によりモニタ
されたモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性が良好でない
場合には、以下のようになる。

【００１９】仮に、第１発光レベル指令信号電流ＩＤＡ
₁ 、第２発光レベル指令信号電流ＩＤＡ₂、及び、半導
体レーザ２の順方向電流に対して半導体レーザ２の光出
力Ｐ_Oが、半導体レーザ２の光出力と受光素子３により
モニタされたモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性に比べ
て十分早く動作する場合には、ＩＤＡ₁，ＩＤＡ₂，Ｐ_O
の波形は図２(ａ)に示すようになる。

【００２０】ここで、半導体レーザ２の光出力と受光素
子３によりモニタされたモニタ電流Ｉpdとの間の周波数
特性を持たない場合の理想的なモニタ電流をＩpd₀ とし
て、半導体レーザ２の光出力と受光素子３によりモニタ
されたモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性を、関数を用
いて、Ｉpd＝Ｆ（Ｉpd₀ ）と表現するものとする。また、説明を簡単にするため、
この関数Ｆが１０ＭＨｚにおいて１次のポールを持つも
のと仮定すると、図２(ｂ)に示すように、立上りの時定
数ＴはＴ＝１／２πｆであるので、Ｔ≒１６nsecとなる。

【００２１】この場合、図２(ａ)(ｂ)に示すＩＤＡ₁と
Ｉpdとを比較し、比較増幅器１がその差を出力するわけ
であるので、モニタ電流Ｉpdが所定の光量に達するまで
の間、光出力Ｐ₀ は所定の値より多く出力されることと
なる。この結果、課題の項で説明したような、オーバシ
ュート波形が観測されることになってしまう。

【００２２】しかして、本実施例ではこのようなオーバ
シュート波形をなくすため、受光素子３のモニタ電流Ｉ
pdの周波数特性を補償するための周波数特性補償回路７
を受光素子３・比較増幅器１間に設けたものである。

【００２３】この周波数特性補償回路７は、図２(ｃ)に
示すように、Ｉpd′＝Ｆ（Ｉpd）ただし、｛Ｉpd₀＝ＩＤＡ₁｝なる周波数特性を持たせた後で、第１発光レベル指令信
号電流ＩＤＡ₁ との比較を行わせるものである。これに
よれば、補償後のモニタ電流Ｉpd′は周波数特性を持た
ない場合の理想的なモニタ電流Ｉpd₀ に等しくなる。即
ち、第１発光レベル指令信号電流ＩＤＡ₁ に等しくな
り、従来のようなオーバシュートが発生せず、所望の光
波形を得ることができる。

【００２４】つづいて、本発明の別の実施例を図３によ
り説明する。前記実施例で示した部分と同一部分は同一
符号を用いて示す（以下の実施例でも同様とする）。本
実施例は、前記実施例中の周波数特性補償回路７に相当
する具体的構成例として簡単な１次フィルタ構成の周波
数特性補償回路８を提示するものである。

【００２５】まず、受光素子３のアノードと比較増幅器
１の入力端子との間には抵抗Ｒ₁ とコンデンサＣ₁ との
並列回路が接続されている。また、この並列回路の比較
増幅器１側の一端と接地との間には抵抗Ｒ₂ と基準電位
Ｖref を与える電源９との直列回路が接続され、抵抗Ｒ
₂ と電源９との接続中点が前記比較増幅器１の他方の入
力端子に接続されている。これにより、周波数特性補償
回路８が構成されている。

【００２６】このような構成によれば、モニタ電流Ｉpd
のゲインは抵抗Ｒ₁とコンデンサＣ₁とを用いて、ｆ＞１
／２πＣ₁Ｒ₁の場合はコンデンサＣ₁ を介して電流が流
れるので、ゲインが高くなり、ｆ＜１／２πＣ₁Ｒ₁の場
合は抵抗Ｒ₁，Ｒ₂により分圧されるので、ゲインが低く
なるので、半導体レーザ２の光出力と受光素子３のモニ
タ電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆを補償できるものとな
る。

【００２７】なお、図示例のような簡単な１次フィルタ
構成のみに限らず、高次のフィルタを用いて構成しても
よい。また、図示例では基準電位Ｖref を用いるように
したが、これによれば負の電源が必要なくなり、単一電
源で回路を動作させることも可能となり、回路のＩＣ化
等を図る上で有利となる。

【００２８】また、本発明の別の実施例を図４により説
明する。本実施例は、周波数特性補償回路１０の設置箇
所を電流源５と比較増幅器１の入力端子との間に位置す
る受光素子３ライン上としたものである。

【００２９】本発明における周波数特性補償の基本式
は、前述した通り、Ｉpd＝Ｆ（Ｉpd₀）であるが、この式を変形すると、Ｉpd＝Ｆ（Ｉpd₀）＝Ｆ（ＩＤＡ₁）であるので、第１発光レベル指令信号電流ＩＤＡ₁ をこ
の式の関数Ｆなる特性を持つ周波数特性補償回路１０を
介して、ＩＤＡ₁′＝Ｆ（ｐｄ₀）＝Ｆ（ＩＤＡ₁）なる特性を持たせた後、比較増幅器１において受光素子
３のモニタ電流Ｉpdと比較させる構成であっても、相対
的なものであり、同様な効果が得られることが分かる。
即ち、本実施例構成による場合も、半導体レーザ２の光
出力Ｐ₀ は半導体レーザ２の光出力と受光素子３のモニ
タ電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆの影響を受けない所望
の光波形を得ることができる。

【００３０】さらに、本発明の別の実施例を図５に示
す。本実施例は、周波数特性補償回路１０を発光レベル
指令信号に基づき動作させるように配置させたものであ
り、動作的には前記実施例と同様であり、説明を省略す
る。

【００３１】また、本発明の別の実施例を図６により説
明する。本実施例は、図４に示した前記実施例中の周波
数特性補償回路１０に相当する具体的構成例なる周波数
特性補償回路１１を提示するものである。

【００３２】まず、２つのオフセット電流源１２，１３
が設けられ、２つのトランジスタＴｒ₁，Ｔｒ₂の各々に
同じオフセット電流を流すように接続されている。ま
た、抵抗Ｒ₃ とオフセット電流源１４とが接続され、そ
の接続中点から前記トランジスタＴｒ₁，Ｔｒ₂に対して
ベース電圧が供給されている。さらに、電流源５と前記
トランジスタＴｒ₂ との間には抵抗Ｒ₄ が接続され、電
流源５とトランジスタＴｒ₁ との間にはコンデンサＣ₂
が接続されている。

【００３３】このような構成において、電流源５の電流
が瞬時に増加したとすると、トランジスタＴｒ₁，Ｔｒ₂
には同じオフセット電流が流れており、各々のエミッタ
のインピーダンスは同じであるので、コンデンサＣ₂と
抵抗Ｒ₄のインピーダンス比に従って電流を吸い込む。
即ち、ｆ＞２πＣ₂Ｒ₄の場合であればコンデンサＣ₂ を
介して電流を吸い込み、ｆ＜２πＣ₂Ｒ₄の場合であれば
抵抗Ｒ₄ を介して電流を吸い込む。

【００３４】よって、コンデンサＣ₂と抵抗Ｒ₄との値
を、半導体レーザ２の光出力と受光素子３のモニタ電流
Ｉpdとの間の周波数特性Ｆに合わせて設定することによ
り、Ｉpd＝Ｆ（ＩＤＡ₁）となる周波数特性補償回路１１を実現できる。

【００３５】特に、本実施例に示す構成によれば、比較
増幅器１の入力部を常にハイインピーダンスに維持でき
るので、光・電気負帰還ループ４での交叉周波数を一定
にすることができる。よって、系の速度制御を高速かつ
安定させることができる周波数特性補償回路１１を実現
できる。

【００３６】また、本発明の別の実施例を図７により説
明する。本実施例は、図５に示した前記実施例中の周波
数特性補償回路１０に相当する具体的構成例なる周波数
特性補償回路１５を提示するものである。

【００３７】まず、発光レベル指令信号をアナログ値に
変換して出力するＤ／Ａコンバータ１６が設けられてい
る。このＤ／Ａコンバータ１６の出力は抵抗Ｒ₅ とコン
デンサＣ₃ とにより構成される積分器を介して受光素子
３ライン上に接続されたトランジスタＴｒ₃（電流源５
に相当）のベースに入力されている。このトンジスタ
Ｔｒ₃ のエミッタには抵抗Ｒ₆ が接続されている。

【００３８】よって、発光レベル指令信号に対応してト
ランジスタＴｒ₃ のコレクタ電流をモニタ電流Ｉpdの周
波数特性を補償するように設定することが可能となる。

【００３９】なお、図８に示す変形例のように、Ｄ／Ａ
コンバータ１６の出力をトランジスタＴｒ₄ のベースに
も入力させることにより、発光レベル指令信号に比例し
た電流とトランジスタＴｒ₃ のコレクタ電流とを加えた
電流を、補償された発光レベル指令信号として流すこと
により、モニタ電流Ｉpdの周波数特性を補償するように
してもよい。なお、Ｒ₇ はトランジスタＴｒ₄ のエミッ
タ抵抗である。

【００４０】つぎに、本発明の別の実施例を図９及び図
１０により説明する。本実施例は、発光レベル指令信号
を反転回路２１で反転させた後、電流源２２により制御
信号電流を生成し、この制御信号電流によって生ずるイ
ンピーダンス変化を利用して、Ｉpd＋ΔＩ＝ＩＤＡ₁ となる周波数補正電流ΔＩを受光素子３のモニタ電流Ｉ
pdに加えて流す周波数特性補償回路２３を設けたもので
ある。ここに、この周波数特性補償回路２３による周波
数補正電流ΔＩは、簡単な説明によると、図２(ｄ)に示
すような波形のものとなり、モニタ電流Ｉpdに加えるこ
とにより、同図(ｃ)のＩpd´の場合と同様となることが
分かる。

【００４１】なお、本実施例では発光レベル指令信号の
反転信号を用いているが、発光レベル指令信号をＤ／Ａ
コンバータを用いて生成する場合であれば容易に得るこ
とができる。通常、Ｄ／Ａコンバータは差動回路を用い
て構成されており、図１０に示すように差動トランジス
タＴｒ₆，Ｔｒ₇を用いて構成することにより、本実施例
構成は容易に実現できる。なお、２４は電流源である。

【００４２】また、本発明の別の実施例を図１１により
説明する。本実施例は、図９に示した前記実施例中の周
波数特性補償回路２３に相当する具体的構成例なる周波
数特性補償回路２５を提示するものである。この周波数
特性補償回路２５は抵抗Ｒ₇とコンデンサＣ₄ とによる
１次のハイパスフィルタとして構成されており、その素
子定数で決定される時定数τ＝Ｃ₄Ｒ₇で収束するもので
ある。よって、この時定数τを受光素子３の周波数特性
を補償し得るように設定することで、図２(ｄ)に示すよ
うな周波数補正電流ΔＩを生成することができる。ま
た、抵抗Ｒ₇ の抵抗値によりその負端子のインピーダン
ス変化量（電圧変化量）を決定することができ、この周
波数補正電流ΔＩの振幅も調整し得るものとなる。

【００４３】つづいて、本発明の別の実施例を図１２に
より説明する。本実施例も、前記実施例と同様に１次の
ハイパスフィルタにより周波数特性補償回路２６を構成
したものである。具体的には、コンデンサＣ₄ に直列に
抵抗Ｒ₈ が付加されて構成されている。

【００４４】これにより、抵抗Ｒ₇ がその負端子のイン
ピーダンス変化量（電圧変化量）を決定し、時定数τ＝
Ｃ₄・（Ｒ₇＋Ｒ₈）で収束することになる。

【００４５】さらに、本発明の別の実施例を図１３によ
り説明する。本実施例は、通常、半導体レーザ２の光出
力と受光素子３のモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆ
は、数次のポールを持つことが予想されることから、周
波数補償用の周波数特性補償回路を高次（複数次）のフ
ィルタで構成することにより周波数特性Ｆを補償するよ
うにしたものである。

【００４６】図１３はその３例を示すもので、まず、同
図(ａ)は図１２に示した構成に加え、抵抗Ｒ₈ に並列に
コンデンサＣ₅ を接続して２次の周波数特性補償回路２
７を構成したものである。

【００４７】このような構成によれば、コンデンサＣ₅
と抵抗Ｒ₈ とで決まる周波数ｆ₁ ＝１／（２πＣ₅・
Ｒ₈）よりも低い周波数帯域では、 τ₁＝１／｛Ｃ₄・（Ｒ₇＋Ｒ₈ )｝で決まる時定数τ₁ でハイパスフィルタが形成され、周
波数ｆ₁ よりも高い周波数帯域では、 τ₂＝Ｃ₄・Ｃ₅・Ｒ₇／（Ｃ₄＋Ｃ₅ ) で決まる時定数τ₂ でハイパスフィルタが形成される。
よって、２つのポールを、半導体レーザ２の光出力と受
光素子３のモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆの特性
に合わせて設定することにより、より正確な周波数特性
Ｆの補償を行うことができる。

【００４８】つぎに、図１３(ｂ)に示すものは、図１１
に示した構成に加え、抵抗Ｒ₇ とコンデンサＣ₄ との接
続中点と接地との間に、抵抗Ｒ₉ とコンデンサＣ₆ との
直列回路を接続して２次のフィルタによる周波数特性補
償回路２８を構成したものである。即ち、抵抗Ｒ₇ とコ
ンデンサＣ₄ とにより決まるポールと、抵抗Ｒ₇，Ｒ₉と
コンデンサＣ₆ とにより決まるポールとにより周波数特
性Ｆを補償するようにしたものである。

【００４９】このような構成による場合、電流源２２の
電流が瞬時に減少したと仮定すると、抵抗Ｒ₇ の負端子
の電位が瞬時に上昇し、コンデンサＣ₄ を介して τ₃＝Ｒ₇・Ｃ₄ なる時定数をもって電流が受光素子３のアノードに供給
される。また、同時に、コンデンサＣ₆ を介して τ₄＝Ｃ₆・（Ｒ₇＋Ｒ₉ ) （ただし、ｆ≪１／（２π
Ｃ₄・Ｒ₇）の場合）なる時定数をもって、抵抗Ｒ₇ の負端子より電流が接地
電源Ｖssに流れる。つまり、時定数τ₃ で決定されるポ
ールは受光素子３のアノードに電流を流し、時定数τ₄
で決定されるポールは受光素子３のアノードより電流を
吸い込む逆特性をもっており、時定数τ₃，τ₄で決まる
ポールを半導体レーザ２の光出力と受光素子３のモニタ
電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆが補償されるように設定
することができ、より正確な補償を行うことができる。

【００５０】また、図１３(ｃ)に示すものは、同図(ｂ)
の構成に加え、抵抗Ｒ₉ に並列にコンデンサＣ₇ を接続
した３次フィルタの周波数特性補償回路２９としたもの
である。即ち、同図(ｂ)の場合に加え、さらに、コンデ
ンサＣ₇ と抵抗Ｒ₉ とで決まるポールをも持ち、合計３
個のポールを組合せることにより、さらに正確な周波数
特性Ｆの補償を行えるようにしたものである。

【００５１】さらに、同図(ｃ)に準じて、半導体レーザ
２の光出力と受光素子３のモニタ電流Ｉpdとの間の周波
数特性Ｆに合わせて高次のフィルタ構成による周波数特
性補償回路とすることで、より正確な補償が可能となる
ことが理解される。

【００５２】ついで、本発明の別の実施例を図１４によ
り説明する。図９との対比で説明すると、本実施例で
は、発光レベル指令信号を反転回路２１により反転させ
ることなく、この発光レベル指令信号に基づき制御信号
電流を生成し、この制御信号電流によって生ずるインピ
ーダンス変化を利用して、Ｉpd＋ΔＩ＝ＩＤＡ₁ となる周波数補正電流ΔＩを受光素子３のモニタ電流Ｉ
pdに加えて流すことにより受光素子３の周波数特性を補
償する周波数特性補償回路３０を設けたものである。

【００５３】補償動作については、図９等により説明し
たものと同様であり、説明を省略する。本実施例による
場合も、電流源２２により生ずるインピーダンス変化を
利用して周波数特性を補償しているが、この電流源２２
は第１発光レベル指令信号用の電流源５と同じ回路で構
成することができ、より一層容易に実現し得るものとな
る。

【００５４】また、本発明の別の実施例を図１５により
説明する。本実施例は、図１４に示した実施例中の周波
数特性補償回路３０に相当する具体的構成例なる周波数
特性補償回路３１を提示するものである。まず、電流源
２２に並列に抵抗Ｒ₁₀、トランジスタＴｒ₇、抵抗Ｒ₁₁
の直列回路が接続され、抵抗Ｒ₁₀には抵抗Ｒ₁₂が並列に
接続されている。また、前記トランジスタＴｒ₇ のコレ
クタと比較増幅器１の入力端子との間にはコンデンサＣ
₈ が接続されている。

【００５５】このような構成において、仮に、第２発光
レベル指令信号電流ＩＤＡ₂ が瞬時に減少した場合、抵
抗Ｒ₁₂の負端子側の電位が瞬時に上昇し、その電位変化
をトランジスタＴｒ₇ のベースにより検出し、その結
果、このトランジスタＴｒ₇ のコレクタ電流が減少す
る。よって、抵抗Ｒ₁₁の正端子側の電位が下がり、コン
デンサＣ₈ を介して受光素子３のアノードよりモニタ電
流Ｉpdを吸い込む。即ち、本実施例の場合もハイパスフ
ィルタ構成となっており、半導体レーザ２の光出力と受
光素子３のモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆを補償
し得るものとなる。

【００５６】また、本発明の別の実施例を図１６により
説明する。本実施例は、図１４に示した実施例をさらに
改良したものである。即ち、発光レベル指令信号に基づ
く制御信号電流を第１の制御信号電流とし、この第１の
制御信号電流を周波数特性補償回路３２でインピーダン
ス変換し、このインピーダンス変化により第２の制御信
号電流を生成して受光素子３のモニタ電流Ｉpdに加える
電流源３３を設けたものである。

【００５７】即ち、第１の制御信号電流の変化を周波数
特性補償回路３２でインピーダンス変化に変換し、この
インピーダンス変化で電流源３３による第２の制御信号
電流を制御することで、半導体レーザ２の光出力と受光
素子３のモニタ電流Ｉpdとの間の周波数特性Ｆが補償さ
れることになる。

【００５８】本実施例の構成による場合、第２の制御信
号電流は流れる電流量や電流変化に拘らず、ハイインピ
ーダンスであるので、受光素子３のアノード、つまり、
モニタ電流Ｉpdと発光レベル指令信号電流とを比較する
比較増幅器１の入力部のインピーダンスを常に高く維持
することができるので、この光・電気負帰還ループ４の
開ループでの交叉周波数を一定にすることができる。よ
って、系の制御速度を高速かつ安定に保つことができ
る。

【００５９】ついで、本発明の別の実施例を図１７によ
り説明する。本実施例は、図１６に示した実施例中の周
波数特性補償回路３２、電流源３３に相当する具体的構
成例なる周波数特性補償回路３４、電流源３５を提示す
るものである。まず、電流源３５は抵抗Ｒ₁₃とトランジ
スタＴｒ₈ とにより構成されている。また、周波数特性
補償回路３４用に２つのオフセット電流源３６，３７が
設けられている。オフセット電流源３７側は電流源５と
並列に接続されている。また、オフセット電流源３６側
は抵抗Ｒ₁₄とダイオードＤ₁ と直列に接続され、電流源
３６とダイオードＤ₁ との接続中点はトランジスタＴｒ
₈ のベースに接続されている。また、抵抗Ｒ₁₄、ダイオ
ードＤ₁ に並列に抵抗Ｒ₁₅が接続され、その負端子側と
ダイオードＤ₁ のカソード側との間にはコンデンサＣ₉
が接続されている。

【００６０】このような構成において、オフセット電流
源３６により一定なる適当なオフセット電流を流すこと
で、トランジスタＴｒ₈ が常に動作状態にあるように設
定する。この場合、トランジスタＴｒ₈ はオフセット電
流を受光素子３のアノード側に流すので、このオフセッ
ト電流に等しい電流をオフセット電流源３７によるオフ
セット電流で吸い込むように、オフセット電流源３７の
オフセット電流を設定する。ついで、発光レベル指令信
号に基づき第２の制御信号電流を生成し、その電流変化
を抵抗Ｒ₁₅で電圧に変換する。さらに、コンデンサＣ
₉ 、抵抗Ｒ₁₅の負端子とダイオードＤ₁ のカソードとを
接続することで、抵抗Ｒ₁₅の負端子の電圧変化の高周波
成分のみでトランジスタＴｒ₈ のベースをコントロール
し、変化電流を受光素子３のアノードに流すことによ
り、半導体レーザ２の光出力と受光素子３のモニタ電流
Ｉpdとの間の周波数特性Ｆが補償されることになる。

【００６１】さらに、本発明の別の実施例を図１８によ
り説明する。本実施例は、１次のハイパスフィルタ構成
された図１７の周波数特性補償回路３４に代えて、高
次、例えば２次のフィルタ構成とした周波数特性補償回
路３８，３９の構成例を提示するものである。

【００６２】図１８(ａ)に示す周波数特性補償回路３８
は抵抗Ｒ₁₄、ダイオードＤ₁ に並列にコンデンサＣ₁₀を
接続して２次フィルタ構成としたものである。同図(ｂ)
に示す周波数特性補償回路３９は抵抗Ｒ₁₅に並列にコン
デンサＣ₁₁を接続して２次フィルタ構成としたものであ
る。

【００６３】動作的には、前記実施例と同様であり、説
明を省略する。本実施例にあっても、図示例に準じてさ
らに高次のフィルタ構成として複数のポールを持たせ
て、より正確な周波数補償を可能としてもよい。

【００６４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、光・電気
負帰還ループを用いた制御方式において、受光部の周波
数特性を補償する周波数特性補償回路を設けたので、光
・電気負帰還ループを高速で動作させる場合であって
も、常に発光レベル指令信号に従った所望の光波形を得
ることができ、光出力にオーバシュート現象を生ずるこ
とがなくなり、よって、光・電気負帰還ループを利用し
た高速・高精度な制御を確保することができる。この場
合、周波数特性補償回路を、反転された発光レベル指令
信号に基づき生成される制御信号電流によって生ずるイ
ンピーダンス変化により受光部の周波数特性を補償する
構成のものとしたので、簡単な回路構成で済みＩＣ化に
適した制御系を構成できるものとなる。

【００６５】

【００６６】特に、請求項２記載の発明によれば、この
ような周波数特性補償回路の機能であるインピーダンス
変換と周波数補償とを１次のハイパスフィルタを用いた
回路構成で実現したので、部品点数が少なくてより簡単
な回路構成で済ませることができる。

【００６７】一方、請求項３記載の発明によれば、この
ような周波数特性補償回路の機能であるインピーダンス
変換と周波数補償とを、２次以上の複数次のフィルタを
用いた回路構成で実現したので、受光部のあらゆる周波
数特性に適応でき、より正確な制御が可能となる。

【００６８】また、請求項４記載の発明によれば、光・
電気負帰還ループを用いた制御方式において、受光部の
周波数特性を補償する周波数特性補償回路を設けたの
で、光・電気負帰還ループを高速で動作させる場合であ
っても、常に発光レベル指令信号に従った所望の光波形
を得ることができ、光出力にオーバシュート現象を生ず
ることがなくなり、よって、光・電気負帰還ループを利
用した高速・高精度な制御を確保することができる。こ
の場合、周波数特性補償回路を、発光レベル指令信号に
基づき生成される制御信号電流によって生ずるインピー
ダンス変化により受光部の周波数特性を補償する構成の
ものとしたので、簡単な回路構成で済みＩＣ化に適した
制御系を構成できるものとなる。

【００６９】さらに、請求項５ないし８記載の発明によ
れば、光・電気負帰還ループを用いた制御方式におい
て、受光部の周波数特性を補償する周波数特性補償回路
を設けたので、光・電気負帰還ループを高速で動作させ
る場合であっても、常に発光レベル指令信号に従った所
望の光波形を得ることができ、光出力にオーバシュート
現象を生ずることがなくなり、よって、光・電気負帰還
ループを利用した高速・高精度な制御を確保することが
できる。この場合、請求項５記載の発明は、インピーダ
ンス変化により第２の制御信号電流を生成し受光部の受
光信号電流に加えてこの受光部の周波数特性を補償する
構成のものとしたので、光・電気負帰還ループ中の入力
部のインピーダンスを常にハイインピーダンスに保つこ
とができ、この光・電気負帰還ループを特性を最大限に
発揮させて、高速かつ安定させて動作させることができ
る。また、請求項８記載の発明は、比較増幅器の入力部
を常にハイインピーダンスに維持できるので、光・電気
負帰還ループでの交叉周波数を一定にすることができ、
よって、系の速度制御を高速かつ安定させることができ
る周波数特性補償回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】制御動作を説明するための波形図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図４】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図６】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図７】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図８】変形例を示す回路図である。

【図９】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１０】Ｄ／Ａコンバータ構成を示す回路図である。

【図１１】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１２】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１３】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１４】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１５】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１６】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１７】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図１８】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

２半導体レーザ３受光部４光・電気負帰還ループ５電流源６変換手段７，８周波数特性補償回路１０，１１周波数特性補償回路１４オフセット電流源１５周波数特性補償回路１２，１３オフセット電流源２１反転回路２３周波数特性補償回路２５〜３２周波数特性補償回路３４周波数特性補償回路３８，３９周波数特性補償回路Ｔｒ ₁ ，Ｔｒ ₂ トランジスタＲ ₃ 抵抗Ｒ ₄ 抵抗Ｃ ₂ コンデンサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの光出力を受光部により検
知し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、前記受光部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
ーザの順方向電流に変換する変換手段とを備え、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電流により前記半導体レーザを駆動
制御するようにした半導体レーザ駆動制御回路におい
て、発光レベル指令信号を反転させる反転回路を設け、
この反転回路により反転された発光レベル指令信号に基
づき生成される制御信号電流によって生ずるインピーダ
ンス変化により前記受光部の周波数特性を補償する周波
数特性補償回路を設けたことを特徴とする半導体レーザ
駆動制御回路。
【請求項２】周波数特性補償回路を、１次のハイパス
フィルタにより形成し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。
【請求項３】周波数特性補償回路を、複数次のフィル
タにより形成し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。
【請求項４】半導体レーザの光出力を受光部により検
知し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、前記受光部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
ーザの順方向電流に変換する変換手段とを備え、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電流により前記半導体レーザを駆動
制御するようにした半導体レーザ駆動制御回路におい
て、発光レベル指令信号に基づき生成される制御信号電
流によって生ずるインピーダンス変化により受光部の周
波数特性を補償する周波数特性補償回路を設けたことを
特徴とする半導体レーザ駆動制御回路。
【請求項５】半導体レーザの光出力を受光部により検
知し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、前記受光部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
ーザの順方向電流に変換する変換手段とを備え、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電流により前記半導体レーザを駆動
制御するようにした半導体レーザ駆動制御回路におい
て、発光レベル指令信号に基づき生成される第１の制御
信号電流によって生ずるインピーダンス変化により第２
の制御信号電流を生成し受光部の受光信号電流に加えて
この受光部の周波数特性を補償する周波数特性補償回路
を設けたことを特徴とする半導体レーザ駆動制御回路。
【請求項６】半導体レーザの光出力を受光部により検
知し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電流源で生成された発光レベル指
令信号とを比較増幅器で比較してこれらの受光信号と発
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、前記
受光部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順方向電流に変換
する変換手段とを備え、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電流
により前記半導体レーザを駆動制御するようにした半導
体レーザ駆動制御回路において、前記電流源と前記比較
増幅器との間に前記受光部の周波数特性を補償する周波
数特性補償回路を設けたことを特徴とする半導体レーザ
駆動制御回路。
【請求項７】半導体レーザの光出力を受光部により検
知し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電流源で生成された発光レベル指
令信号とを比較増幅器で比較してこれらの受光信号と発
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、前記
受光部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順方向電流に変換
する変換手段とを備え、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電流
により前記半導体レーザを駆動制御するようにした半導
体レーザ駆動制御回路において、前記受光部の周波数特
性を補償する周波数特性補償回路を、前記発光レベル指
令信号が前記周波数特性補償回路を介して電流源に入力
されるように設け、前記周波数特性補償回路と前記発光
レベル指令信号とに基づいて、前記光・電気負帰還ルー
プが動作することを特徴とする半導体レーザ駆動制御回
路。
【請求項８】半導体レーザの光出力を受光部により検
知し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電流源で生成された発光レベル指
令信号とを比較増幅器で比較してこれらの受光信号と発
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、前記
受光部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順方向電流に変換
する変換手段とを備え、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電流
により前記半導体レーザを駆動制御するようにした半導
体レーザ駆動制御回路において、２つのトランジスタの
各々に同じオフセット電流を流すように接続された２つ
のオフセット電流源と、抵抗との接続中点に接続された
前記２つのトランジスタのベースにベース電圧を供給す
る別のオフセット電流源と、前記電流源と一方のトラン
ジスタとの間に接続された抵抗と、前記電流源ともう一
方のトランジスタとの間に接続されたコンデンサとを具
備し、前記受光部の周波数特性を補償する周波数特性補
償回路を設けたことを特徴とする半導体レーザ駆動制御
回路。