JP4083388B2 - Electronic device, light output control device, and electronic apparatus - Google Patents

Electronic device, light output control device, and electronic apparatus Download PDF

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JP4083388B2
JP4083388B2 JP2001051134A JP2001051134A JP4083388B2 JP 4083388 B2 JP4083388 B2 JP 4083388B2 JP 2001051134 A JP2001051134 A JP 2001051134A JP 2001051134 A JP2001051134 A JP 2001051134A JP 4083388 B2 JP4083388 B2 JP 4083388B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子装置及びそれを用いた光出力制御回路並びに電子機器に係り、特に、発光素子の出力光を制御して出力するための電子装置及びそれを用いた光出力制御回路並びに電子機器に関する。
【0002】
【従来技術】
ディジタル複写機、レーザプリンタ、光デイスク装置、光通信装置等は、光の作用を利用して静電潜像の形成や光ディスクへの情報の書き込み、情報の伝送を行なっている。このような装置は、光源として半導体レーザが用いられている。半導体レーザは、小型であり、かつ駆動電流により高速に直接変調を行う事が出来るので、近年、これらの装置の光源として広く使用されている。例えば、プリンタなどでは、図16に示すように、発光素子12のバイアス電流を受光素子12で検出された検出信号に基づきサンプルホールド回路301、トランジスタQ11、Q12、抵抗R11、R12により一定値制御をする場合にも、同様の不具合が発生するが、バイアス電流の制御は、感光体を用いる複写機やプリンタにおいて、多く流す方が発光素子の光の応答が速くなるが、多すぎると本来、光をオフにしたいのにオフセット発光することになり、地汚れの原因になるため、出力光を所望の値に高精度に制御する必要があった。
【0003】
しかしながら、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。この問題を解決するために、さまざまなAPC(automatic power control)回路、すなわち、自動パワー制御回路が提案されている。
【0004】
このようなAPC回路は、例えば、特開平2−205379号公報に開示されている。特開平2−205379号公報には、光・電気負帰還ループを利用した半導体レーザの駆動・制御方式が記載されている。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ものである。このような構成のAPC回路を用いることにより、高速・高精度・高分解能の点で有望といえる。
【0005】
従来、このような光出力制御回路は、半導体レーザ及び受光素子を個別素子で構成し、回路基板上に形成されたAPC回路に配線パターン若しはハーネスで接続したり、または、半導体レーザに受光素子を内蔵して、回路基板上に形成されたAPC回路に配線パターン若しくはハーネスで接続するのが一般的であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、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信号との間の周波数特性が良好でない場合がある。このような場合には、光出力がオーバーシュートする等所望の光波形が得られなくなることがある等の問題点があった。
【0007】
また、光・電気負帰還ループや受光素子出力及びサンプルホールド回路を用いた発光素子のバイアス電流制御回路においては、高精度に発光素子の光出力を制御しようとした場合に、発光素子光出力と受光素子受光信号とのリニアリティが良くない為、特にバイアス電流制御時に所望の光出力に制御できない場合がある等の問題点があった。
【0008】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、高精度・高速に帰還ループを構成できる電子装置及びそれを用いた光出力制御回路並びに電子機器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子装置は、発光素子からの入射光に応じた検出信号を出力する受光部と、前記入射光に対して前記検出信号が直線的に変化するように前記検出信号を補償する補償部と、入力信号前記補償部で補償された前記検出信号とを比較し、その比較結果に基づいて前記発光素子の順方向電流を制御する制御回路部とを設けた構成とされている。
【0010】
また、補償部は、受光部で検出された検出信号に基づいて補償を行なうことを特徴とする。
【0011】
さらに、補償部は、受光部で検出された検出信号に対して所定の演算を行なう演算部と、演算部での演算結果に応じた補償信号を生成し、検出信号に重畳する補償信号生成部とから構成される。
【0012】
また、本発明は、受光部、及び補償部、並びに制御回路部は、一体もしくは同一集積回路上に構成とする。
【0013】
本発明によれば、補償部で、受光部で入射光に応じて検出された検出信号を入射光に対して直線的に変化するように補償することにより、発光部での発光光量によらず、発光光量をリニアリティに制御できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1実施例のブロック構成図、図2は本発明の第1実施例の電子装置の構成図を示す。
【0015】
本実施例の光出力制御回路1は、電子装置11及び発光素子12から構成される。電子装置11は、発光素子12から発光された光の一部を検出して、その検出信号を補償した後、補償信号により発光指示信号を制御し、発光素子12に供給する。
電子装置11は、特許請求の範囲の受光部に相当する受光素子21及び特許請求の範囲の補償部に相当するリニアリティ補償回路22、制御回路部に相当する比較増幅回路23を含む構成とされている。受光素子21及びリニアリティ補償回路22並びに比較増幅回路23は、図2に示すように同一の半導体チップ31上に形成されている。半導体チップ31は、パッケージ32に格納されている。パッケージ32からは、少なくとも入力端子Tin、出力端子Tout、電源端子Tsが延出されている。
【0016】
なお、本実施例では、受光素子21と比較増幅回路23を同一の半導体チップ31上に形成したが、受光素子21と比較増幅回路23とを別々の半導体チップ31で構成し、同一パッケージに収容するようにしてもよい。
【0017】
図3は本発明の第1実施例の変形例の電子装置の構成図を示す。同図中、図2と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0018】
本変形例は受光素子21を半導体チップ41に搭載し、電子装置22を半導体チップ42に搭載し、半導体チップ41と半導体チップ42とを基板43上に搭載し、同一パッケージ32内に収納した構成とされている。
【0019】
図3に示す変形例においても、受光素子と比較増幅回路23との距離は、同一パッケージ31内であるので、配線長や寄生容量と比較して十分小さく、図2に示す構成のものと同様の効果を奏する。
【0020】
受光素子21には、電源端子Tsから駆動電圧が印加される。受光素子21は、発光素子12からの光に一部を受光し、受光光量に応じた検出信号をリニアリティ補償回路22に供給する。リニアリティ補償回路22は、受光素子21の入射光に対する検出信号の特性が直線的に変化するように検出信号を補償する。
【0021】
図4は受光素子の入射光に対するモニタ電流の特性を示す図である。
【0022】
一般に発光素子12の光出力と受光素子21の検出信号、例えば、モニタ電流との比であるモニタ電流効率は、図4に実線で示すように光出力の大きさに関係なく一定であることが理想である。ところが実際の受光素子21は、特に光出力の小さい領域においてモニタ電流効率が一定にはならない。つまり、モニタ電流のリニアリティが悪い。
【0023】
これは、受光素子21の構造などによるものであり、受光素子21の構造などにより、図4に破線で示すように光出力が小さくなっていくのに従いモニタ電流効率が減少する場合と、図4に一点鎖線で示すように光出力が小さくなっていくのに従いモニタ電流効率が増加する場合とがある。
【0024】
図4に破線で示すように光出力が小さくなっていくのに従いモニタ電流効率が減少するには、小さい光出力P0で制御しようとすると、本来流れるべきモニタ電流より小さい電流しか流れない事により、光出力P0より大きい光出力値に制御されてしまう。
【0025】
また、図4に一点鎖線で示すように光出力が小さくなっていくのに従いモニタ電流効率が増加する場合には、小さい光出力P0を制御しようとすると、本来流れるべきモニタ電流より大きい電流が流れる事により、P0より小さい光出力値に制御されてしまう。
【0026】
リニアリティ補償回路22は、上記図4に破線又は一点鎖線で示す受光素子21に特有の特性を図4に実線で示す特性となるように補償する。
【0027】
一方、入力端子Tinには、発光レベル指令信号が入力される。入力端子Tinに入力された発光レベル指令信号は、比較増幅回路23に供給される。
【0028】
比較増幅回路23は、リニアリティ補償回路22からの検出信号に応じて発光レベル指令信号を制御する。比較増幅回路23で制御された信号は、出力端子Toutから出力される。出力端子Toutには、発光素子12が接続される。発光素子12は、例えば、半導体レーザから構成されており、アノードに定電圧が印加され、カソードが出力端子Toutに接続されている。
【0029】
発光素子12には、出力端子Toutの出力信号に応じた駆動電流が流れる。発光素子12は、駆動電流に応じた光を発光する。発光素子12から発光された光は、感光ドラム、光ディスク、光ファイバ等の光入射対象に供給されるとともに、一部が受光素子21に入射される。
【0030】
発光素子12、受光素子21、リニアリティ補償回路22、比較増幅回路23は、光・電気負帰還ループを形成しており、比較増幅回路23は受光素子21に誘起された発光素子12の光出力に比例した光起電流に比例する検出信号と、発光レベル指令信号とを比較して、その結果により発光素子12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。
【0031】
次にリニアリティ補償回路22の詳細を図面とともに説明する。
【0032】
図5は本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の具体例を示す図である。
【0033】
まず、図5に示す電子装置31のリニアリティ補償回路32は、図4に一点鎖線で示す特性を補償するための回路であり、定電流源33から構成される。定電流源33は、受光素子21と比較増幅回路23との接続点と、端子Ts2との間に接続されており、端子Ts2に印加される電圧に応じて所定の電流を生成する。
【0034】
定電流源33で生成される定電流は、発光素子12からの出力光量に応じて予め設定されており、受光素子21からの検出信号が所定の入射光量で所定のレベルになるように補償される電流が出力されるように設定されている。
【0035】
図6は本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の変形例の構成図を示す。
図6に示す電子装置41のリニアリティ補償回路42は、図4に破線で示す特性を補償するための回路であり、定電流源43から構成される。定電流源43は、受光素子21と比較増幅回路23との接続点と、接地との間に接続されており、受光素子21から比較増幅回路23に供給される電流から所定の電流を引き込む。
【0036】
定電流源43で生成される定電流は、発光素子12からの出力光量に応じて予め設定されており、受光素子21からの検出信号が所定の入射光量で所定のレベルになるように補償される電流が出力されるように設定されている。
【0037】
なお、図5、図6に示す電子装置31、41のリニアリティ補償回路32、42は、所定の出力光量に対してのみ補償が有効であるが、受光素子12の検出信号に応じて補償量を可変することにより、種々の出力光量で有効に補償可能とするようにもできる。
【0038】
図7に本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の第2変形例の構成図を示す。
【0039】
図7に示す電子装置51のリニアリティ補償回路52は、電流検出部53、割算部54、電流生成回路55を含む構成とされている。電流検出部53は、受光素子21からの検出信号、すなわち、モニタ電流Idpを検出し、モニタ電流に応じた信号を割算部54に供給する。
【0040】
図8は割算部の回路構成図を示す。
【0041】
割算部54は、図8に示すように抵抗R1、R2、オペアンプ56、乗算器67から構成され、電流検出部53からの検出信号を割算した出力が得られる。割算部54の出力は、電流生成部55に供給される。このため、割算部53の出力は、電流検出部53の検出信号に応じて異なる信号が出力される。
【0042】
電流生成部55は、割算部54の出力に応じた電流を生成する。電流生成部55で生成された電流は、受光素子21の検出信号、すなわち、モニタ電流Idpに加算されて比較増幅回路23に供給される。
【0043】
なお、図8において、乗算器57の入力をX、乗数をkY、出力をZ’とすると、
Z’=kXY
という関係から、
I2=Z’/R2=k×(XY/R2)
また、I1=Z/R1であり、I1+I2=0であるので出力Xは、
X=−(1/k)×(Z/Y)
となる。つまり、出力XにはYに反比例した出力が得られる。
【0044】
図8において、モニタ電流に反比例する電流を生成し補償電流Iとすれば、この補償電流は、モニタ電流が小さい時は大きな値となり、モニタ電流が大きくなるに従って小さくなってモニタ電流が十分大きい場合にはほぼ0と見なせることより、この電流をモニタ電流に加減する事により、モニタ電流のリニアリティの補償を行う事が可能である。
【0045】
本変形例によれば、モニタ電流に応じて補償量が可変され、発光素子12の出力光量に応じた最適の補償量で補償を行なえる。
【0046】
図9は本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の第3変形例の構成図を示す。同図中、図7と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0047】
図9に示る電子装置61は、割算部54に代えて、対数演算部63を設けた構成とされている。
【0048】
図10は対数演算部の回路構成図を示す。
【0049】
対数演算部63は、抵抗R3、オペアンプ64、ダイオード65を含む構成とされ、電流検出部53からの検出信号の所定の係数βに応じた対数値を出力する。このため、対数演算部63の出力は、電流検出部53の検出信号に応じて異なる信号が出力される。対数演算部63から出力された信号は、電流生成部55に供給される。
【0050】
電流生成部55は、対数演算部63の出力に応じた電流を生成する。電流生成部55で生成された電流は、受光素子21の検出信号、すなわち、モニタ電流Idpに加算されて比較増幅回路23に供給される。
【0051】
対数演算部63において、ダイオード65の順方向電流Ifは、
If=Is・exp(Vf/VT)
ここで、VT=kT/q、Is:ダイオードDの逆方向飽和電圧、k:ボルツマン定数、q:電子の電荷、VT:熱電圧である。このIfの自然対数をとりまとめると、
Vf≒VT(lnIf−lnIs)
となる。またオペアンプ64の入力はイマジナリアースであり、
Vf=−V0=−VT(lnIf−lnIs)
となるので、入力V1に対し、出力V0は負の対数出力となり、モニタ電流が小さい時は大きな値となり、モニタ電流が大きくなるに従って小さくなってモニタ電流が十分大きい場合にはほぼ0と見なせる補償電流を生成することが可能な構成を実現でき、図4に破線で示す特性を補正できる。
【0052】
なお、上記変形例では、受光素子21の検出信号、すなわち、モニタ電流をアナログ的に演算して、補償しているが、変換テーブルを用いて補償を行なうようにしてもよい。
【0053】
図11は本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の第4変形例の構成図を示す。
【0054】
本変形例の電子装置71のリニアリティ補償回路72は、A/D(アナログ/ディジタル)変換器73、変換テーブル74、D/A(ディジタル/アナログ)変換器75を含む構成とされている。受光素子21の検出信号、すなわち、モニタ電流は、A/D変換器73でディジタルデータに変換される。変換テーブル74には、受光素子21の検出信号の補償後のディジタルデータが記憶されている。A/D変換器73で変換されたディジタルデータをアドレスとして変換テーブル74が参照され、補償されたデータが出力される。変換テーブル74から出力されたデータは、D/A変換器75でアナログ信号に変換されて比較増幅回路23に供給される。
【0055】
本変形例によれば、モニタ電流に応じて補償量が可変され、発光素子12の出力光量に応じた最適の補償量で補償を行なえる。また、変換テーブル74のデータを変更することにより、自由に補償が行なえるので、正確に補償を行なえる。
【0056】
上記第1実施例によれば、受光素子21及びリニアリティ補償回路22並びに比較増幅回路23が一体もしくは同一集積回路上に構成されており、直接光信号を集積回路内で受光する構成であるので、配線による速度低下、インピーダンス成分や寄生容量などによる周波数特性の劣化、配線に混入するノイズ等の影響を受ける事無く光・電気負帰還ループを構成することができ、よって、高速・高精度の光・電気負帰還ループを実現できる。また、外部に素子やハーネスや光ファイバーなどの配線を持たないので、高速・高精度の光・電気負帰還ループを低コストで実現することができる。また、リニアリティ補償回路22により受光信号の効率のリニアリティを補償することにより高精度に光出力を制御できる。
【0057】
なお、本実施例では、受光素子21の検出信号、すなわち、モニタ電流を補償したが、発光レベル指令信号を補償するようにしてもよい。
【0058】
図12は本発明の第2実施例の構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0059】
本実施例の光出力制御回路100は、電子装置101の構成が第1実施例とは相違している。本実施例の電子装置101は、発光レベル指令信号が入力される端子Tinと比較増幅回路23との間にリニアリティ補償回路102を設けた構成としている。
【0060】
リニアリティ補償回路102は、リニアリティ補償回路22とは補償量が逆極性とされており、発光レベル指令信号を補償する構成とされている。
【0061】
図13に本発明の第3実施例の構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0062】
本実施例の光出力制御回路110は、電子装置111の構成が、第1実施例とは相違する。本実施例の電子装置111は、発光素子12、受光素子21、リニアリティ補償回路22、比較増幅回路23からなる光・電気負帰還ループに加えて、発光レベル指令信号に応じて発光素子12の順方向電流を駆動する電流変換器112を加えた構成を示す。
【0063】
本実施例によれば、電流変換器112により発光レベル指令信号により発光素子12の順方向電流を駆動できるので、発光素子12を高速に駆動できる。
【0064】
なお、本実施例では、受光素子21の検出信号、すなわち、モニタ電流を補償したが、発光レベル指令信号を補償するようにしてもよい。
【0065】
図14に本発明の第4実施例の構成図を示す。同図中、図12、図13と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0066】
本実施例の光出力制御回路120は、リニアリティ補正回路102により発光レベル指令信号を補償し、比較増幅回路23に供給するとともに、電流変換器1112により発光素子12を駆動するようにしている。本実施例によれば、第3実施例と同様の作用、効果を奏する。
【0067】
図15は本発明の第5実施例の構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0068】
本実施例の光出力制御回路200は、電子装置201の構成が第1実施例とは相違する。電子装置201は、受光素子21、電流変換回路202、リニアリティ補償回路203、増幅回路204を含む構成とされている。電流変換回路202は、端子Tinからの発光レベル指令信号に電流を受光素子21から引き込む。リニアリティ補償回路203は、受光素子21から電流変換回路202に引き込まれる電流を図4に示される特性が実線に示す特性となるように補償する。
【0069】
増幅回路204は、受光素子21とリニアリティ補償回路203との接続点の電圧に応じた電流を出力端子Toutから引き込み、発光素子12を駆動する。
【0070】
なお、上記光出力制御回路により制御された光は、デジタル複写機、レーザプリンタであれば、感光ドラム、光ディスク装置であれば、光学系を介して光ディスクに、また、光通信装置であれば、光ファイバや周囲の空間に出射されることになる。
【0071】
また、上記光出力制御回路は、図16に示すようなサンプルホールド回路を介して発光素子12を駆動する場合にも有効である。
【0072】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、補償部で、受光部で入射光に応じて検出された検出信号を入射光に対して直線的に変化するように補償することにより、発光部での発光光量によらず、発光光量をリニアリティに制御できるため、高精度に光出力を制御できる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のブロック構成図である。
【図2】本発明の第1実施例の電子装置の構成図である。
【図3】本発明の第1実施例の電子装置の変形例の構成図である。
【図4】受光素子の入射光に対するモニタ電流の特性を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の具体例を示す図である。
【図6】本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の変形例の構成図である。
【図7】本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の第2変形例の構成図である。
【図8】割算部の回路構成図を示す。
【図9】本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の第3変形例の構成図である。
【図10】対数演算部の回路構成図である。
【図11】本発明の第1実施例のリニアリティ補償回路の第4変形例の構成図である。
【図12】本発明の第2実施例の構成図である。
【図13】本発明の第3実施例の構成図である。
【図14】本発明の第4実施例の構成図である。
【図15】本発明の第5実施例の構成図である。
【図16】サンプルホールド回路を出力に用いた光出力制御回路の回路構成図である。
【符号の説明】
1 光出力制御回路
11 電子装置
12 発光素子
21 受光素子
22 リニアリティ補償回路
23 比較増幅回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device, a light output control circuit using the same, and an electronic device, and more particularly to an electronic device for controlling and outputting output light of a light emitting element, a light output control circuit using the same, and an electronic device. .
[0002]
[Prior art]
Digital copying machines, laser printers, optical disk devices, optical communication devices, and the like perform the formation of an electrostatic latent image, the writing of information to an optical disk, and the transmission of information by using the action of light. In such an apparatus, a semiconductor laser is used as a light source. Since semiconductor lasers are small and can be directly modulated at high speed by a drive current, they are widely used as light sources for these devices in recent years. For example, in a printer or the like, as shown in FIG. 16, the bias current of the light emitting element 12 is controlled by a sample hold circuit 301, transistors Q11 and Q12, resistors R11 and R12 based on the detection signal detected by the light receiving element 12. In this case, the same problem occurs. However, in the bias current control, the light response of the light emitting element is faster when it is flowed more in a copying machine or printer using a photoconductor. However, it is necessary to control the output light to a desired value with high accuracy.
[0003]
However, since the optical output and forward current characteristics of the semiconductor laser change remarkably with temperature, there is a problem when trying to set the optical output of the semiconductor laser to a desired value. In order to solve this problem, various APC (automatic power control) circuits, that is, automatic power control circuits have been proposed.
[0004]
Such an APC circuit is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-205379. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2-205379 describes a semiconductor laser drive / control system using an optical / electrical negative feedback loop. That is, an optical / electrical negative feedback loop that monitors the optical output of the semiconductor laser with a light receiving element and controls the forward current of the semiconductor laser so that the received light signal proportional to the optical output of the semiconductor laser is equal to the emission level command signal. Thus, the optical output of the semiconductor laser is controlled. Use of the APC circuit having such a configuration is promising in terms of high speed, high accuracy, and high resolution.
[0005]
Conventionally, such an optical output control circuit has a semiconductor laser and a light receiving element configured as individual elements, and is connected to an APC circuit formed on a circuit board with a wiring pattern or a harness, or is received by a semiconductor laser. In general, an element is built in and connected to an APC circuit formed on a circuit board by a wiring pattern or a harness.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a control method, when the optical / electrical negative feedback loop is to be operated at high speed, the frequency characteristics between the optical output of the semiconductor laser and the received light signal monitoring it are not good. There is. In such a case, there is a problem that a desired optical waveform may not be obtained, such as an optical output overshoot.
[0007]
In addition, in the bias current control circuit of the light emitting element using the optical / electrical negative feedback loop, the light receiving element output and the sample hold circuit, when the light output of the light emitting element is controlled with high accuracy, Since the linearity with the light receiving signal of the light receiving element is not good, there is a problem that the desired light output may not be controlled particularly during bias current control.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an electronic device capable of forming a feedback loop with high accuracy and high speed, a light output control circuit using the electronic device, and an electronic apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The electronic device of the present invention includes a light receiving unit that outputs a detection signal corresponding to incident light from a light emitting element, and a compensation unit that compensates the detection signal so that the detection signal changes linearly with respect to the incident light. If, by comparing the detection signal compensated by the compensation section and the input signal, there is a configuration in which a control circuit unit that controls a forward current of the light emitting element on the basis of the comparison result.
[0010]
The compensation unit performs compensation based on a detection signal detected by the light receiving unit.
[0011]
The compensation unit further includes a calculation unit that performs a predetermined calculation on the detection signal detected by the light receiving unit, and a compensation signal generation unit that generates a compensation signal according to the calculation result of the calculation unit and superimposes the detection signal on the detection signal It consists of.
[0012]
In the present invention, the light receiving unit, the compensation unit, and the control circuit unit are configured integrally or on the same integrated circuit.
[0013]
According to the present invention, the compensation unit compensates the detection signal detected by the light receiving unit according to the incident light so as to change linearly with respect to the incident light, so that the amount of light emitted from the light emitting unit is not affected. The emitted light quantity can be controlled linearly.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of an electronic device of the first embodiment of the present invention.
[0015]
The light output control circuit 1 according to this embodiment includes an electronic device 11 and a light emitting element 12. The electronic device 11 detects a part of the light emitted from the light emitting element 12, compensates the detection signal, controls the light emission instruction signal by the compensation signal, and supplies it to the light emitting element 12.
The electronic device 11 includes a light receiving element 21 corresponding to the light receiving unit in the claims, a linearity compensation circuit 22 corresponding to the compensation unit in the claims, and a comparison amplifier circuit 23 corresponding to the control circuit unit. Yes. The light receiving element 21, the linearity compensation circuit 22, and the comparison amplifier circuit 23 are formed on the same semiconductor chip 31 as shown in FIG. The semiconductor chip 31 is stored in the package 32. From the package 32, at least an input terminal Tin, an output terminal Tout, and a power supply terminal Ts are extended.
[0016]
In the present embodiment, the light receiving element 21 and the comparison amplification circuit 23 are formed on the same semiconductor chip 31. However, the light reception element 21 and the comparison amplification circuit 23 are configured by separate semiconductor chips 31 and accommodated in the same package. You may make it do.
[0017]
FIG. 3 shows a block diagram of an electronic apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention. In the figure, the same components as in FIG.
[0018]
In this modification, the light receiving element 21 is mounted on the semiconductor chip 41, the electronic device 22 is mounted on the semiconductor chip 42, the semiconductor chip 41 and the semiconductor chip 42 are mounted on the substrate 43, and stored in the same package 32. It is said that.
[0019]
In the modification shown in FIG. 3 as well, the distance between the light receiving element and the comparison amplifier circuit 23 is within the same package 31, so that it is sufficiently smaller than the wiring length and parasitic capacitance, and is the same as that of the configuration shown in FIG. The effect of.
[0020]
A driving voltage is applied to the light receiving element 21 from the power supply terminal Ts. The light receiving element 21 receives a part of the light from the light emitting element 12 and supplies a detection signal corresponding to the amount of received light to the linearity compensation circuit 22. The linearity compensation circuit 22 compensates the detection signal so that the characteristic of the detection signal with respect to the incident light of the light receiving element 21 changes linearly.
[0021]
FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the monitor current with respect to the incident light of the light receiving element.
[0022]
In general, the monitor current efficiency, which is the ratio between the light output of the light emitting element 12 and the detection signal of the light receiving element 21, for example, the monitor current, may be constant regardless of the magnitude of the light output as shown by the solid line in FIG. Ideal. However, the actual light receiving element 21 does not have a constant monitor current efficiency particularly in a region where the light output is small. That is, the linearity of the monitor current is bad.
[0023]
This is due to the structure of the light receiving element 21, etc., and the monitor current efficiency decreases as the light output decreases as shown by the broken line in FIG. 4 due to the structure of the light receiving element 21 and the like. As shown by the alternate long and short dash line, the monitor current efficiency may increase as the light output decreases.
[0024]
In order to reduce the monitor current efficiency as the light output becomes smaller as shown by the broken line in FIG. 4, when the control is performed with the small light output P0, only a current smaller than the monitor current that should flow originally flows. The light output value is controlled to be larger than the light output P0.
[0025]
In addition, when the monitor current efficiency increases as the light output decreases as shown by the one-dot chain line in FIG. 4, when attempting to control the small light output P0, a current larger than the monitor current that should flow originally flows. As a result, the light output value is controlled to be smaller than P0.
[0026]
The linearity compensation circuit 22 compensates the characteristic peculiar to the light receiving element 21 shown by the broken line or the alternate long and short dash line in FIG. 4 so as to become the characteristic shown by the solid line in FIG.
[0027]
On the other hand, a light emission level command signal is input to the input terminal Tin. The light emission level command signal input to the input terminal Tin is supplied to the comparison amplifier circuit 23.
[0028]
The comparison amplifier circuit 23 controls the light emission level command signal according to the detection signal from the linearity compensation circuit 22. The signal controlled by the comparison amplifier circuit 23 is output from the output terminal Tout. The light emitting element 12 is connected to the output terminal Tout. The light emitting element 12 is composed of, for example, a semiconductor laser, a constant voltage is applied to the anode, and the cathode is connected to the output terminal Tout.
[0029]
A drive current corresponding to the output signal of the output terminal Tout flows through the light emitting element 12. The light emitting element 12 emits light corresponding to the drive current. Light emitted from the light emitting element 12 is supplied to a light incident target such as a photosensitive drum, an optical disk, or an optical fiber, and part of the light is incident on the light receiving element 21.
[0030]
The light emitting element 12, the light receiving element 21, the linearity compensation circuit 22, and the comparison amplification circuit 23 form an optical / electrical negative feedback loop, and the comparison amplification circuit 23 outputs the light output of the light emitting element 12 induced in the light reception element 21. The detection signal proportional to the proportional photocurrent is compared with the light emission level command signal, and the forward current of the light emitting element 12 is controlled based on the comparison result so that the light reception signal and the light emission level command signal are equal.
[0031]
Next, details of the linearity compensation circuit 22 will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
[0033]
First, the linearity compensation circuit 32 of the electronic device 31 shown in FIG. 5 is a circuit for compensating the characteristic shown by the alternate long and short dash line in FIG. The constant current source 33 is connected between a connection point between the light receiving element 21 and the comparison amplifier circuit 23 and the terminal Ts2, and generates a predetermined current according to a voltage applied to the terminal Ts2.
[0034]
The constant current generated by the constant current source 33 is preset according to the amount of light output from the light emitting element 12, and is compensated so that the detection signal from the light receiving element 21 becomes a predetermined level with a predetermined amount of incident light. Current is output.
[0035]
FIG. 6 is a block diagram showing a modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
The linearity compensation circuit 42 of the electronic device 41 shown in FIG. 6 is a circuit for compensating for the characteristic indicated by the broken line in FIG. The constant current source 43 is connected between the connection point between the light receiving element 21 and the comparison amplification circuit 23 and the ground, and draws a predetermined current from the current supplied from the light reception element 21 to the comparison amplification circuit 23.
[0036]
The constant current generated by the constant current source 43 is preset according to the amount of light output from the light emitting element 12, and is compensated so that the detection signal from the light receiving element 21 becomes a predetermined level with a predetermined amount of incident light. Current is output.
[0037]
The linearity compensation circuits 32 and 42 of the electronic devices 31 and 41 shown in FIGS. 5 and 6 are effective only for a predetermined output light amount, but the compensation amount is set according to the detection signal of the light receiving element 12. By making it variable, it is possible to effectively compensate with various output light amounts.
[0038]
FIG. 7 shows a configuration diagram of a second modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
[0039]
The linearity compensation circuit 52 of the electronic device 51 illustrated in FIG. 7 includes a current detection unit 53, a division unit 54, and a current generation circuit 55. The current detection unit 53 detects the detection signal from the light receiving element 21, that is, the monitor current Idp, and supplies a signal corresponding to the monitor current to the division unit 54.
[0040]
FIG. 8 shows a circuit configuration diagram of the division unit.
[0041]
As shown in FIG. 8, the division unit 54 includes resistors R1 and R2, an operational amplifier 56, and a multiplier 67, and an output obtained by dividing the detection signal from the current detection unit 53 is obtained. The output of the division unit 54 is supplied to the current generation unit 55. For this reason, the output of the division unit 53 is different depending on the detection signal of the current detection unit 53.
[0042]
The current generator 55 generates a current according to the output of the divider 54. The current generated by the current generator 55 is added to the detection signal of the light receiving element 21, that is, the monitor current Idp, and is supplied to the comparison amplifier circuit 23.
[0043]
In FIG. 8, when the input of the multiplier 57 is X, the multiplier is kY, and the output is Z ′,
Z '= kXY
From the relationship
I2 = Z ′ / R2 = k × (XY / R2)
Since I1 = Z / R1 and I1 + I2 = 0, the output X is
X = − (1 / k) × (Z / Y)
It becomes. That is, an output that is inversely proportional to Y is obtained as the output X.
[0044]
In FIG. 8, when a current that is inversely proportional to the monitor current is generated and used as the compensation current I, the compensation current becomes a large value when the monitor current is small, and becomes smaller as the monitor current becomes larger and the monitor current is sufficiently large. Therefore, it is possible to compensate for the linearity of the monitor current by adding or subtracting this current to the monitor current.
[0045]
According to this modification, the compensation amount is varied according to the monitor current, and the compensation can be performed with the optimum compensation amount according to the output light amount of the light emitting element 12.
[0046]
FIG. 9 shows a configuration diagram of a third modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG.
[0047]
The electronic device 61 shown in FIG. 9 has a configuration in which a logarithmic operation unit 63 is provided instead of the division unit 54.
[0048]
FIG. 10 shows a circuit configuration diagram of the logarithmic operation unit.
[0049]
The logarithmic operation unit 63 includes a resistor R3, an operational amplifier 64, and a diode 65, and outputs a logarithmic value corresponding to a predetermined coefficient β of the detection signal from the current detection unit 53. For this reason, the output of the logarithmic calculation unit 63 is different depending on the detection signal of the current detection unit 53. The signal output from the logarithmic operation unit 63 is supplied to the current generation unit 55.
[0050]
The current generator 55 generates a current corresponding to the output of the logarithmic calculator 63. The current generated by the current generator 55 is added to the detection signal of the light receiving element 21, that is, the monitor current Idp, and is supplied to the comparison amplifier circuit 23.
[0051]
In the logarithmic operation unit 63, the forward current If of the diode 65 is
If = Is.exp (Vf / VT)
Here, VT = kT / q, Is: reverse saturation voltage of diode D, k: Boltzmann constant, q: electron charge, VT: thermal voltage. Summarizing the natural logarithm of this If,
Vf≈VT (lnIf-lnIs)
It becomes. The input of the operational amplifier 64 is an imaginary earth.
Vf = -V0 = -VT (lnIf-lnIs)
Therefore, the output V0 is a negative logarithmic output with respect to the input V1, and becomes a large value when the monitor current is small, and decreases as the monitor current increases and can be regarded as almost zero when the monitor current is sufficiently large. A configuration capable of generating a current can be realized, and the characteristic indicated by the broken line in FIG. 4 can be corrected.
[0052]
In the above modification, the detection signal of the light receiving element 21, that is, the monitor current is calculated and compensated in an analog manner. However, the compensation may be performed using a conversion table.
[0053]
FIG. 11 shows a configuration diagram of a fourth modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
[0054]
The linearity compensation circuit 72 of the electronic device 71 of this modification includes an A / D (analog / digital) converter 73, a conversion table 74, and a D / A (digital / analog) converter 75. The detection signal of the light receiving element 21, that is, the monitor current is converted into digital data by the A / D converter 73. The conversion table 74 stores digital data after compensation of the detection signal of the light receiving element 21. The conversion table 74 is referred to using the digital data converted by the A / D converter 73 as an address, and compensated data is output. Data output from the conversion table 74 is converted into an analog signal by the D / A converter 75 and supplied to the comparison amplifier circuit 23.
[0055]
According to this modification, the compensation amount is varied according to the monitor current, and the compensation can be performed with the optimum compensation amount according to the output light amount of the light emitting element 12. Further, compensation can be performed freely by changing the data in the conversion table 74, so that compensation can be performed accurately.
[0056]
According to the first embodiment, the light receiving element 21, the linearity compensation circuit 22, and the comparison amplifier circuit 23 are configured integrally or on the same integrated circuit, and are configured to directly receive an optical signal in the integrated circuit. The optical / electrical negative feedback loop can be configured without being affected by the speed reduction due to wiring, the deterioration of frequency characteristics due to impedance components and parasitic capacitance, and the noise mixed into the wiring.・ Electric negative feedback loop can be realized. In addition, since there are no external wiring such as elements, harnesses, or optical fibers, a high-speed, high-precision optical / electrical negative feedback loop can be realized at low cost. In addition, the optical output can be controlled with high accuracy by compensating the linearity of the efficiency of the received light signal by the linearity compensation circuit 22.
[0057]
In the present embodiment, the detection signal of the light receiving element 21, that is, the monitor current is compensated, but the light emission level command signal may be compensated.
[0058]
FIG. 12 is a block diagram of the second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as in FIG.
[0059]
The light output control circuit 100 of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the electronic device 101. The electronic apparatus 101 according to the present embodiment has a configuration in which a linearity compensation circuit 102 is provided between a terminal Tin to which a light emission level command signal is input and the comparison amplifier circuit 23.
[0060]
The linearity compensation circuit 102 has a configuration in which the compensation amount is opposite to that of the linearity compensation circuit 22 and compensates the light emission level command signal.
[0061]
FIG. 13 shows a configuration diagram of the third embodiment of the present invention. In the figure, the same components as in FIG.
[0062]
The light output control circuit 110 of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the electronic device 111. The electronic device 111 according to the present embodiment includes, in addition to the light / electrical negative feedback loop including the light emitting element 12, the light receiving element 21, the linearity compensation circuit 22, and the comparison amplification circuit 23, the order of the light emitting elements 12 according to the light emission level command signal. The structure which added the current converter 112 which drives a directional current is shown.
[0063]
According to the present embodiment, since the forward current of the light emitting element 12 can be driven by the light level command signal by the current converter 112, the light emitting element 12 can be driven at high speed.
[0064]
In the present embodiment, the detection signal of the light receiving element 21, that is, the monitor current is compensated, but the light emission level command signal may be compensated.
[0065]
FIG. 14 shows a configuration diagram of the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0066]
The light output control circuit 120 of this embodiment compensates the light emission level command signal by the linearity correction circuit 102 and supplies it to the comparison amplifier circuit 23, and drives the light emitting element 12 by the current converter 1112. According to the present embodiment, the same operation and effect as the third embodiment can be obtained.
[0067]
FIG. 15 is a block diagram of the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same components as in FIG.
[0068]
The light output control circuit 200 of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the electronic device 201. The electronic device 201 includes a light receiving element 21, a current conversion circuit 202, a linearity compensation circuit 203, and an amplification circuit 204. The current conversion circuit 202 draws current from the light receiving element 21 into the light emission level command signal from the terminal Tin. The linearity compensation circuit 203 compensates the current drawn from the light receiving element 21 to the current conversion circuit 202 so that the characteristic shown in FIG. 4 becomes the characteristic shown by the solid line.
[0069]
The amplifier circuit 204 draws a current corresponding to the voltage at the connection point between the light receiving element 21 and the linearity compensation circuit 203 from the output terminal Tout and drives the light emitting element 12.
[0070]
The light controlled by the light output control circuit is a digital copying machine, a laser printer, a photosensitive drum, an optical disk device, an optical disk via an optical system, and an optical communication device. The light is emitted to the optical fiber and the surrounding space.
[0071]
The light output control circuit is also effective when driving the light emitting element 12 through a sample and hold circuit as shown in FIG.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the compensation unit compensates the detection signal detected by the light receiving unit in accordance with the incident light so as to change linearly with respect to the incident light, thereby causing the light emitting unit to emit light. Since the amount of emitted light can be controlled linearly regardless of the amount of light, the light output can be controlled with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an electronic device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a modified example of the electronic device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a characteristic of a monitor current with respect to incident light of a light receiving element.
FIG. 5 is a diagram showing a specific example of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a second modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a circuit configuration diagram of a division unit.
FIG. 9 is a configuration diagram of a third modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a logarithmic operation unit.
FIG. 11 is a configuration diagram of a fourth modification of the linearity compensation circuit according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a circuit configuration diagram of an optical output control circuit using a sample hold circuit as an output.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light output control circuit 11 Electronic device 12 Light emitting element 21 Light receiving element 22 Linearity compensation circuit 23 Comparison amplification circuit

Claims (6)

発光素子からの入射光に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記入射光に対して前記検出信号が直線的に変化するように前記検出信号を補償する補償部と、
入力信号前記補償部で補償された前記検出信号とを比較し、その比較結果に基づいて前記発光素子の順方向電流を制御する制御回路部とを有することを特徴とする電子装置。
A light receiving unit that outputs a detection signal corresponding to incident light from the light emitting element ;
A compensator for compensating the detection signal so that the detection signal changes linearly with respect to the incident light;
Comparing the detection signal compensated by the compensation section and the input signal, the electronic apparatus characterized by a control circuit unit that controls the forward current of the light emitting element on the basis of the comparison result.
前記補償部は、前記受光部で検出された前記検出信号に基づいて補償を行なうことを特徴とする請求項1記載の電子装置 The electronic device according to claim 1, wherein the compensation unit performs compensation based on the detection signal detected by the light receiving unit . 前記補償部は、前記受光部で検出された検出信号に対して所定の演算を行なう演算部と、前記演算部での演算結果に応じた補償信号を生成し、前記検出信号に重畳する補償信号生成部とを有することを特徴とする請求項1又は2記載の電子装置。  The compensation unit performs a predetermined calculation on the detection signal detected by the light receiving unit, generates a compensation signal according to the calculation result of the calculation unit, and superimposes the compensation signal on the detection signal The electronic device according to claim 1, further comprising a generation unit. 前記受光部、及び前記補償部、並びに前記制御回路部は、一体もしくは同一集積回路上に構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の電子装置。  4. The electronic device according to claim 1, wherein the light receiving unit, the compensation unit, and the control circuit unit are configured integrally or on the same integrated circuit. 5. 光素子と、
前記発光素子で発光された光の一部が入射し、該入射光に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記入射光に対して前記検出信号が直線的に変化するように前記検出信号を補償する補償部と、
入力信号前記補償部で補償された前記検出信号とを比較し、その比較結果に基づいて前記発光素子の順方向電流を制御する制御回路部とを有することを特徴とする光出力制御回路。
And the light emission element,
A light receiving unit that receives a part of the light emitted from the light emitting element and outputs a detection signal corresponding to the incident light;
A compensator for compensating the detection signal so that the detection signal changes linearly with respect to the incident light;
An optical output control circuit comprising: a control circuit unit that compares an input signal with the detection signal compensated by the compensation unit and controls a forward current of the light emitting element based on a comparison result .
光を所定の照射対象に照射する電子機器において、
入力信号に応じて前記照射対象に照射すべき光を発光する発光素子と、
前記発光素子で発光された光の一部が入射し、該入射光に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記入射光に対して前記検出信号が直線的に変化するように前記検出信号を補償する補償部と、
前記入力信号前記補償部で補償された前記検出信号とを比較し、その比較結果に基づいて前記発光素子の順方向電流を制御する制御回路部とを有することを特徴とする電子機器。
In an electronic device that irradiates a predetermined irradiation target with light,
A light-emitting element that emits light to be irradiated to the irradiation target according to an input signal;
A light receiving unit that receives a part of the light emitted from the light emitting element and outputs a detection signal corresponding to the incident light;
A compensator for compensating the detection signal so that the detection signal changes linearly with respect to the incident light;
Electronic apparatus, characterized in that a control circuit unit for comparing the detection signal is compensated by the input signal and the compensation unit, and controls a forward current of the light emitting element on the basis of the comparison result.
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