JP5509662B2 - レーザ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザを発光させるレーザ駆動装置に関し、特に面発光レーザを駆動させるレーザ駆動装置に関する。

面発光レーザは、端面発光レーザと比較して発光抵抗が一桁程度大きく、１００Ω近くあり、しかも、多チャンネル化によって寄生容量も大きくなる。さらに、面発光レーザの発光抵抗は、発光に伴う温度変化により変動し、そのために発光特性が変動してしまう。

そこで、面発光レーザの駆動は、多くの場合、発光抵抗の変動に影響を受ける電圧駆動方式ではなく、電流駆動方式を用いて、発光特性の安定化を図っていた。

しかし、面発光レーザは、端面発光レーザではあまり影響を受けなかった立ち上がり特性（ＴＲ特性）や立下り特性（ＴＦ特性）が、発光抵抗と寄生容量により定まる時定数に依存する。そのため、電流駆動方式では、面発光レーザを駆動する駆動信号の波形がなまるという課題がある。

図６を用いて具体的に説明する。図６（ａ）右図は、レーザＬの等価回路図を表しており、端面発光レーザＬtと面発光レーザＬmは共に発光抵抗Ｒactと寄生容量Ｃaで表される。

端面発光レーザＬtは、発光抵抗Ｒact及び寄生容量Ｃaが小さく、例えば発光抵抗は数１０Ω程度である。これに対して、面発光レーザＬmの発光抵抗Ｒactは、端面発光レーザＬtと比較して、約一桁大きくなる。しかも、面発光レーザＬmは、一平面上に多数形成するので、その引き回し電極の長さが長くなり、また、電極間に容量が形成されやすい。

このように、面発光レーザＬmは端面発光レーザＬtと比較して、発光面の面積が大きく、発光抵抗Ｒact及び寄生容量Ｃaが大きい。

ここで、図６（ｂ）に、面発光レーザＬmに電流源１００から電流Ｉ_Rを供給した場合に、発光抵抗Ｒactに流れる電流Ｉ_Rの波形を示す。

電流源１００からの電流供給が開始されたとき、図６（ｂ）に示すように、電流源１００からの供給電流のほとんどが寄生容量Ｃaに供給される。そして、寄生容量Ｃaが充電されるに従って寄生容量Ｃaへの供給電流が低減していき、発光抵抗Ｒactに供給される電流Ｉ_Rが増加していく。寄生容量Ｃaの充電が終了すると、電流源１００から供給される電流は発光抵抗Ｒactに供給される。一方、電流源１００からの電流供給が停止したとき、充電されて電荷が蓄積された寄生容量Ｃaから発光抵抗Ｒactへ電流Ｉ_Rが供給される。

このように、面発光レーザＬmに供給される電流Ｉ_Rは、時定数ＣaＲactで立ち上がりがなまり、立ち下りもなまる。これは、レーザ光を変調する際の変調速度が遅くなることを意味する。

そこで、従来においては、面発光レーザの立ち上がり立ち下がり特性（以下、「ＴＲ／ＴＦ特性」とする。）を、微分電流発生回路を設けて改善するようにしている。

図７（ａ）は面発光レーザＬmのＴＲ／ＴＦ特性を、微分電流発生回路を設けて改善する概念図である。また、図７（ｂ）は電流源１１０から供給する電流パルス、図７（ｃ）は微分電流波形、図７（ｄ），（ｅ）は面発光レーザに供給される電流をそれぞれ表す。

電流源１１０から矩形状の電流パルスを与えて面発光レーザＬmを駆動する（図７（ｂ）参照。）。一方、電圧Ｖ１１０は電流源１１０の電流パルスの立ち上がりに同期して立ち上がり、コンデンサＣ１００を介して微分された正電流を面発光レーザＬmに供給する（図７（ｃ）参照）。これにより面発光レーザＬmの立ち上がり特性を改善する（図７（ｄ）参照）。また、電圧Ｖ１１０は電流源１１０の電流パルスの立ち下がりに同期して立ち下がり、コンデンサＣ１００を介して微分された負電流を面発光レーザに供給する（図７（ｃ）参照）。これにより面発光レーザＬmの立ち下がり特性を改善する（図７（ｄ）参照）。

例えば特許文献１〜３には、面発光レーザの駆動源に相補電流源を設け、この相補電流源から微分電流を加えて面発光レーザのＴＲ／ＴＦ特性を改善している。更に、相補電流源の制御電圧をサンプルホールドして、微分電流印加用の両端電圧を制御したり、補償波形をリファレンスと比較して補償量を調整したり、多チャンネルの面発光レーザごとに補償容量を切り替えて駆動することが提案されている。

また、特許文献４の図１５には、面発光レーザを電圧駆動ドライバと電流駆動ドライバとを切り替えて駆動する駆動方法が提案されている。面発光レーザは発光することにより温度が上昇する。温度が上昇すると発光抵抗が変化し発光量が変動する。これを防止するために、面発光レーザを電圧駆動により一定期間駆動した後、電流駆動に切り替えて一定の発光量を維持する、というものである。

特開２００２−７６５０４号公報 特開２００８−１１３０５０号公報 特開２００８−１１３０５１号公報 特開２００８−９８６５７号公報

しかしながら、図７（ｃ）に示すような微分電流を加えて面発光レーザの立ち上がり及び立ち下がり特性を改善しても、微分電流印加用のコンデンサＣ１００や面発光レーザＬmの寄生容量Ｃaがばらつき、あるいは発光抵抗Ｒactがばらつく。その結果、図７（ｅ）の電流Ｇ１や電流Ｆ１に示すように過補償となる、或いは電流Ｇ２や電流Ｆ２に示すように補償不足となる。これを防止するために、駆動安定点の出力電圧をサンプルホールドし、電圧Ｖ１００の大きさを制御したり、補償波形をリファレンス波形と比較して補償量を調整したり、微分電流印加用のコンデンサＣ１００を切り替える、などの対策が施されている。しかし、これらはすべて電流駆動において微分電流の補償量を制御するものであり、制御が複雑となり回路規模が大きくなってしまう、という課題があった。

また、電圧駆動と電流駆動の２方式のドライバを切り替えて駆動する場合は、両方の駆動ドライバを備えることから回路規模が大きくなり、これらの異なる制御方式をスムーズに切り替えなければならず、制御が複雑になる。また、電流駆動初期電流、電圧駆動初期電圧及び発光抵抗Ｒactへのドライブ電流を高精度に揃えなければ切り替え段差等が生じ、発光抵抗Ｒact変動やチャンネルばらつきを揃える為に高度なタイミング処理が必要になる。

また、面発光レーザをエミッタフォロアのみの出力段により駆動すれば、発光開始時の特性のなまりを改善することができる。しかし、エミッタフォロアのみの出力段では、発光抵抗Ｒactの変化に伴う発光量の変化や、発光抵抗Ｒactのチャンネル間でのばらつきによる発光量のむらや、面発光レーザをオフしたときの、発光のオフ特性がなまってしまう問題を解決できない。

請求項１に係る発明は、レーザに駆動電流を供給する第１エミッタフォロアと、前記レーザに蓄積された電荷を放電する第２エミッタフォロアとを有する駆動手段と、前記駆動電流の大きさを検出する駆動電流検出手段と、前記駆動電流の基準となる参照電流を入力し、当該参照電流の大きさを検出する参照電流検出手段と、前記駆動電流検出手段での検出結果と前記参照電流検出手段での検出結果を比較し、当該比較結果に応じた制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、前記レーザの発光期間の開始から第１期間は、前記制御電圧生成手段による前記制御電圧の生成を停止させ、かつ前記参照電流の大きさに応じた一定電圧を前記第１エミッタフォロアの入力ノードに出力させて当該第１エミッタフォロアを動作させ、その後前記レーザの発光期間の終了までは、前記制御電圧生成手段による前記制御電圧の生成の停止を解除し、当該生成した制御電圧を前記第１エミッタフォロアの入力ノードに出力させて当該第１エミッタフォロアを動作させ、前記レーザの発光期間の終了した後の第２期間は、前記第２エミッタフォロアを動作させて前記レーザに蓄積された電荷を放電する発光制御手段と、を備え前記発光制御手段は、前記第２期間の直前の前記比較結果に応じた電圧を、次回の前記第１期間に、前記一定電圧として前記第１エミッタフォロワの入力ノードに出力させるレーザ駆動装置とした。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレーザ駆動装置において、前記発光制御手段は、前記レーザを発光させる発光期間と前記レーザを非発光の待機状態とする待機期間とを切り替える制御パルスを入力し、前記制御パルスに基づいて前記発光期間の開始タイミングに同期して開始する前記第１期間の長さの前縁抜きパルスを生成し、当該前縁抜きパルスを前記制御電圧生成手段へ出力して、前記制御電圧生成手段による前記制御電圧の生成を停止させ、さらに、前記制御パルスに基づいて前記発光期間の終了タイミングに同期して開始し、前記第２期間を有する、後縁抜きパルスを生成し、当該後縁抜きパルスを前記制御電圧生成手段及び前記駆動手段へ出力して、前記制御電圧の生成を停止させ、かつ前記後縁抜きパルスで前記第２エミッタフォロアを動作させることとした。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のレーザ駆動装置において、前記第１エミッタフォロアが第１トランジスタから構成され、前記第２エミッタフォロアが第２トランジスタから構成され、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとはエミッタ同士が接続されており、前記駆動手段は、さらに、前記第２トランジスタとカレントミラー回路をなす第３トランジスタと、前記第３トランジスタとエミッタ同士が接続され、前記制御電圧をそのベースに入力する第４トランジスタと、を備え、前記発光制御手段は、前記レーザの発光期間の終了した後の第２期間に、前記第３トランジスタを動作させて前記第２トランジスタを動作させ、前記レーザに蓄積された電荷を放電することとした。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のレーザ駆動装置において、前記駆動電流検出手段及び前記参照電流検出手段は共に、ダイオード接続したトランジスタと抵抗とを直列に接続して構成しており、前記駆動電流検出手段のトランジスタのサイズと前記参照電流検出手段のトランジスタのサイズとをｎ：１（ｎ＞１）の関係となるようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ駆動装置において、前記駆動電流には、レーザを発光させる発光電流と前記レーザを非発光の待機状態とするバイアス電流とを含み、前記参照電流検出手段は、前記発光電流の基準となる参照発光電流の大きさと、前記バイアスの基準となる参照バイアス電流の大きさとを検出し、前記制御電圧生成手段は、前記駆動電流検出手段での検出した前記発光電流の大きさと前記参照電流検出手段での検出した前記参照発光電流の大きさとを比較し、当該比較結果に応じた電圧を出力する第１コンパレータと、前記バイアス電流の大きさと前記参照バイアス電流の大きさとを比較し、当該比較結果に応じた電圧を出力する第２コンパレータと、前記第１コンパレータの出力電圧を増幅して前記制御電圧を生成して出力する第１増幅器と、前記第２コンパレータの出力電圧を増幅して前記制御電圧を生成して出力する第２増幅器と、を備え、前記発光制御手段は、前記レーザを発光させる発光期間には前記第１増幅器から前記制御電圧を出力させ、前記レーザを非発光の待機状態とする待機期間には前記第２増幅器から前記制御電圧を出力させるものである。

本発明によれば、レーザの発光期間の開始から第１期間は電圧駆動によってレーザへ駆動電流を供給することから、レーザに形成される寄生容量に左右されること無く高速な立ち上がり特性（ＴＲ特性）を実現できる。また、その後レーザの発光期間の終了まで、電圧駆動中に駆動電流をリアルタイムにモニタし、駆動電圧に帰還をかける帰還ループを有しているため、発光抵抗Ｒactの変動に関わらず駆動電流を一定に保つ事ができる。さらに、レーザの発光期間の終了した後の第２期間は、第２エミッタフォロアを動作させてレーザに蓄積された電荷を放電するため、電荷引き抜き特性が向上し、高速な立ち下がり特性（ＴＦ特性）を実現できる。

本発明の実施形態に係るレーザ駆動装置の基本構成を表すブロック図である。 本発明の実施形態に係るレーザ駆動装置の等価回路図及びタイミングチャート図である。 本発明の実施形態に係るレーザ駆動装置の具体的な回路構成を示す図ある。 本発明の実施形態に係るレーザ駆動装置の前縁抜きパルス及び後縁抜きパルスの生成方法を表す模式図である。 本発明の実施形態に係るレーザ駆動装置のタイミングチャート図である。 従来公知のレーザの等価回路図及びその駆動波形を表す。 従来公知のレーザ駆動装置の概念図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．レーザ駆動装置の基本構成
２．レーザ駆動装置の具体的な回路構成

〔１．レーザ駆動装置の基本構成〕
まず、本実施形態に係るレーザ駆動装置の基本構成について図１及び図２を参照して具体的に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るレーザ駆動装置１は、発光制御手段１０、駆動手段２０、駆動電流検出手段３０、参照電流検出手段４０、制御電圧生成手段５０を備え、レーザＬmに駆動電流Ｉoを供給する。

〔１．１．各手段の構成〕
発光制御手段１０は、駆動手段２０、参照電流検出手段４０及び制御電圧生成手段５０を制御して、駆動手段２０から面発光レーザＬm（以下、単に「レーザＬm」という。）へ駆動電流Ｉoを供給する。なお、レーザＬmは、図２（ａ）に示すように、等価的に発光抵抗Ｒactと寄生容量Ｃaとの並列回路で表わされる。

駆動手段２０は、レーザＬmに駆動電流Ｉoを供給する第１エミッタフォロア２１と、レーザＬmの寄生容量Ｃaに蓄積された電荷を放電する第２エミッタフォロア２２とを有する。

レーザＬmへ供給する駆動電流Ｉoの種類には、発光電流Ｉopやバイアス電流Ｉobなどがある。「発光電流Ｉop」は、レーザＬmからレーザ光を出射するために必要な電流であり、レーザＬmから出射させようとするレーザ光の強度に応じた電流値の電流である。また、「バイアス電流Ｉob」は、発光制御を行っていないときにレーザＬmに供給する電流であり、レーザＬmの発光遅延を抑制するためにレーザＬmへ供給される電流である。このバイアス電流Ｉobは、レーザＬmからレーザ光を出射させる電流よりも小さい電流値の電流である。

第１エミッタフォロア２１はＮＰＮ型のトランジスタＱ１（以下、「第１トランジスタＱ１」とする。）から構成され、第２エミッタフォロア２２はＰＮＰ型のトランジスタＱ２（以下、「第２トランジスタＱ２」とする。）から構成されており、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２とはエミッタ同士が接続される。

また、駆動手段２０は、第２トランジスタＱ２とカレントミラー回路をなすＮＰＮ型のトランジスタＱ３（以下、「第３トランジスタＱ３」とする。）と、この第３トランジスタＱ３とエミッタ同士が接続され、ベースに制御電圧Ｖctを入力するＰＮＰ型のトランジスタＱ４（以下、「第４トランジスタＱ４」とする。）とを備える。

さらに、第３トランジスタＱ３のコレクタとグランドＧＮＤとの間には、スイッチＳｗ３が設けられる。このスイッチＳｗ３が短絡状態となったときに、第３トランジスタＱ３のコレクタがグランドＧＮＤに接続され、第２トランジスタＱ２が動作して第２エミッタフォロア２２としてレーザＬmの寄生容量Ｃaに蓄積された電荷を放電する。

駆動電流検出手段３０は、駆動手段２０がレーザＬmへ供給している駆動電流Ｉoの大きさを検出しており、その大きさの情報を制御電圧生成手段５０へ出力する。

参照電流検出手段４０は、駆動電流Ｉoの基準となる参照電流Ｉrの大きさを検出して、その大きさの情報を制御電圧生成手段５０へ出力する。なお、参照電流Ｉrとして、バイアス電流Ｉobの基準となるバイアス参照電流Ｉobr、発光電流Ｉopの基準となる発光参照電流Ｉoprがある。発光参照電流Ｉoprは、発光強度に応じて変化する制御電流Ｉrvをバイアス参照電流Ｉobrに加算した値である。バイアス参照電流Ｉobrや制御電流Ｉrvは、図示しない外部の信号処理部から入力されるものであるが、バイアス参照電流Ｉobrについては参照電流検出手段４０内で生成するようにしてもよい。なお、制御電流Ｉrvは、外部の信号処理部において、レーザＬmの照射対象からの反射波を検出し、適切な強度のレーザ光が照射対象へ照射されるようにオートパワー制御（ＡＰＣ）が施される。

制御電圧生成手段５０は、比較部５１により駆動電流Ｉoの大きさと参照電流Ｉrの大きさを比較し、この比較結果に応じた電圧を比較部５１から出力する。比較部５１から出力される電圧は、増幅部５２へ入力され、この増幅部５２で増幅されて制御電圧Ｖctとして駆動手段２０へ出力される。

比較部５１から出力される電圧は、駆動電流Ｉoの大きさとバイアス参照電流Ｉobrの大きさの差に応じた出力電圧Ｖｂと、駆動電流Ｉoの大きさと発光参照電流Ｉoprの大きさの差に応じた出力電圧Ｖｐとがある。制御電圧生成手段５０には、スイッチＳｗ２を有しており、比較部５１から出力される出力電圧Ｖｂと出力電圧Ｖｐを選択的に増幅部５２へ出力する。

ここで、「駆動電流Ｉoの大きさ」及び「バイアス参照電流Ｉobrの大きさ」は、それぞれ相対的な大きさを意味する。本実施形態では、駆動電流Ｉoの電流値が、参照電流Ｉrのｎ倍（ｎ＞１）の電流値となったときに、駆動電流Ｉo大きさと参照電流Ｉrの大きさとが同じであると規定する。従って、比較部５１では、参照電流Ｉrの電流値にｎを乗じた電流値と駆動電流Ｉoの電流値とを比較することになる。以下においては、その一例として、駆動電流検出手段３０及び参照電流検出手段４０は共に、それぞれ駆動電流Ｉo及び参照電流Ｉrの電流値に応じた電圧を電流の大きさとして出力する。そして、駆動電流検出手段３０での電流電圧変換率と、参照電流検出手段４０での電流電圧変換率の比を、１：ｎ（ｎ≧１）としている。

また、制御電圧生成手段５０は、発光制御手段１０からの要求に応じて、駆動電流Ｉoの大きさとバイアス参照電流Ｉobrの大きさの差に応じた出力電圧Ｖｂの生成を停止して保持し、また、駆動電流Ｉoの大きさと発光参照電流Ｉoprの大きさの差に応じた出力電圧Ｖｐの生成を停止して保持する。以下においては、このように保持した出力電圧Ｖｂ，Ｖｐをそれぞれ保持電圧Ｖｂ’，Ｖｐ’と呼ぶこととする。

以上のように構成されたレーザ駆動装置１では、以下に説明する第１処理Ａ〜第４処理Ｄを順次実行可能としている。かかる処理により、安定して駆動電流Ｉoを供給しつつ、駆動電圧Ｖoの高速な立ち上がり特性（以下、「ＴＲ特性」という。）及び立ち下がり特性（以下、「ＴＦ特性」という。）を実現している。
第１処理Ａ：レーザＬmへのバイアス電流供給処理
第２処理Ｂ：レーザＬmの駆動開始時処理
第３処理Ｃ：レーザＬmへの発光電流供給処理
第４処理Ｄ：レーザＬmの駆動終了時処理

〔１．２．第１処理Ａについて〕
まず、第１処理Ａである、レーザＬmへのバイアス電流供給処理について説明する。

この第１処理Ａでは、次のように、駆動電流Ｉoとバイアス参照電流Ｉobrとの比較結果に応じて駆動電流Ｉoを調整することで、駆動電流Ｉoとして所望の電流値のバイアス電流Ｉobを安定して供給する。

まず、発光制御手段１０は、参照電流検出手段４０のスイッチＳｗ１を制御して、参照電流検出手段４０に検出させる参照電流Ｉrとして、バイアス参照電流Ｉobrのみを選択する。また、発光制御手段１０は、制御電圧生成手段５０のスイッチＳｗ２を制御して比較部５１から出力される出力電圧Ｖｂを増幅部５２に入力する。

参照電流検出手段４０は、参照電流Ｉrであるバイアス参照電流Ｉobrの大きさを検出し、制御電圧生成手段５０へ通知する。一方、駆動電流検出手段３０は、駆動電流Ｉoの大きさを検出し、制御電圧生成手段５０へ通知する。

制御電圧生成手段５０では、比較部５１により駆動電流Ｉoの大きさとバイアス参照電流Ｉobrの大きさとを比較し、これらの大きさの差に応じた出力電圧Ｖｂを比較部５１から出力する。比較部５１から出力される出力電圧Ｖｂは、増幅部５２へ入力され、この増幅部５２で増幅されて制御電圧Ｖct１として駆動手段２０における第１エミッタフォロア２１の入力ノード（第１トランジスタＱ１のベース）に入力される。

第１エミッタフォロア２１の出力ノードの電圧は第１エミッタフォロア２１の入力ノードに入力される制御電圧Ｖct１に応じた電圧（以下、「バイアス電圧Ｖ１」とする。）となり、レーザＬmへ駆動電流Ｉoが流れる。このとき、駆動電流検出手段３０は、駆動電流Ｉoの大きさを検出して制御電圧生成手段５０へ通知するため、駆動電流Ｉoは、最終的に、バイアス参照電流Ｉobrの大きさに応じたバイアス電流Ｉobとなる。

このように、駆動電流Ｉoをリアルタイムでモニタし、参照電流検出手段４０で検出したバイアス参照電流Ｉobrと比較して電圧駆動する駆動手段２０にフィードバックをかける帰還ループを形成している。そのため、駆動手段２０へ入力される制御電圧Ｖctは、駆動電流Ｉoの大きさとバイアス参照電流Ｉobrの大きさとが同じ（すなわち、参照電流Ｉrの電流値にｎを乗じた電流値と駆動電流Ｉoの電流値とが同じ）になるように駆動手段２０の第１エミッタフォロア２１を制御し、第１エミッタフォロア２１からはバイアス参照電流Ｉobrの大きさに応じたバイアス電流ＩobがレーザＬmへ安定して供給される。

このように、第１処理Ａでは、駆動手段２０は電圧駆動にフィードバックをかける帰還ループによりレーザＬmへバイアス電流Ｉobを安定して供給し、バイアス電流の変動によるレーザ発光応答特性の変動を低減させている。

〔１．３．第２処理Ｂについて〕
次に、第２処理Ｂである、レーザＬmの駆動開始時処理について説明する。

レーザＬmの駆動を開始するときには、第１処理ＡによりレーザＬmにはバイアス電流Ｉobが供給されており、レーザＬmの寄生容量Ｃaにはバイアス電圧Ｖ１に応じた電荷を超える電荷は蓄積されていない。そのため、後述する第３処理Ｃのように駆動電流Ｉoとして発光参照電流Ｉoprに基づいた発光電流ＩopをレーザＬmへ供給すると、寄生容量Ｃaへ電荷を急速に充電することができずＴＲ特性が悪くなる。

そこで、本第２処理Ｂでは、駆動電流Ｉoの変動に応じた帰還ループを形成せずに制御電圧生成手段５０から出力する制御電圧Ｖctを一定にして、駆動手段２０を電圧駆動させ、レーザＬmに発光電圧（以下、「発光電圧Ｖ２」とする。）を印加する。具体的には、次の処理を行う。

まず、発光制御手段１０は、制御電圧生成手段５０のスイッチＳｗ２を制御して比較部５１から出力される保持電圧Ｖｐ’を増幅部５２に入力する。この保持電圧Ｖｐ’は比較部５１による前回の比較結果（発光電流Ｉopと発光参照電流Ｉoprとの比較結果）に応じた電圧であり、比較部５１に保持されている一定の電圧である。

比較部５１から保持電圧Ｖｐ’が入力されると、増幅部５２では、保持電圧Ｖｐ’に応じた制御電圧Ｖct２を出力する。これにより、第１トランジスタＱ１のベースに一定の制御電圧Ｖct２が入力され、第１トランジスタＱ１のエミッタに接続されたレーザＬmには駆動電圧Ｖoとして発光電圧Ｖ２が印加されてレーザＬmが電圧駆動される。すなわち、駆動手段２０は、第１エミッタフォロア２１のベース電圧制御ループを止めて駆動電流Ｉoのモニタを行わない、非帰還型の電圧ドライブとして機能する。そのため、寄生容量Ｃaには急速に電荷が充電されると共に、発光抵抗Ｒactには、所定の強度のレーザ光の出射に必要な発光電流Ｉopがその供給開始時から供給される。なお、このとき、第１エミッタフォロア２１の出力抵抗をＲo（図示せず）とすると、時定数ＲoＣaで寄生容量Ｃaが充電される。

なお、第２処理Ｂの処理開始に伴い、発光制御手段１０は、制御電圧生成手段５０を制御して、駆動電流Ｉoの大きさとバイアス参照電流Ｉobrの大きさとを比較する動作を停止させ、この停止直前の比較結果の出力電圧Ｖｂを保持電圧Ｖｂ’として保持させる。この保持電圧Ｖｂ’は後述の第４処理Ｄにおいて用いられる。

図２（ｂ）には、このときの制御電圧Ｖct、駆動電流Ｉo、発光抵抗Ｒactに流れる電流Ｉｃの状態が示されている。同図に示すように、発光電流Ｉopの供給開始時であるタイミングｔ１〜ｔ２の期間で第１トランジスタＱ１のベースに保持電圧Ｖｐ’に応じた制御電圧Ｖct２が入力される。このとき、レーザＬmには駆動電圧Ｖoとして発光電圧Ｖ２が印加されて発光電流Ｉopよりも大きい電流が過渡的に流れて寄生容量Ｃaに急速に電荷が充電され、一方で発光抵抗Ｒactには発光電流Ｉopが供給される。

このようにレーザ駆動装置１では、レーザＬmの駆動開始時の所定期間Ｔｒ（タイミングｔ１〜ｔ２）において、第２処理Ｂを実行することで、レーザＬmの寄生容量Ｃa等に左右されることなく高速なＴＲ特性を実現している。

また、この第２処理では、制御電圧生成手段５０には、発光電流Ｉopと発光参照電流Ｉoprとの前回の比較結果に応じた保持電圧Ｖｐ’が保持されており、この保持電圧Ｖｐ’に基づいて制御電圧Ｖct２を生成する。従って、引き続き行われる第３処理Ｃで制御電圧生成手段５０において生成される出力電圧Ｖｐに応じた制御電圧Ｖct２との差を低減させることができ又は差を生じさることがなく、レーザＬmに応じた適切な発光電圧Ｖ２を印加することができる。

なお、所定期間Ｔrは、寄生容量Ｃaの電圧が第２処理Ｂによる充電によって発光電圧Ｖ２程度になる時間であることが望ましい。このようにすることで、第２処理Ｂから後述する第３処理Ｃへ移行するときに、発光電流Ｉopの変動を抑えることができ、レーザＬmの発光強度を略一定に保つことができる。

〔１．４．第３処理Ｃについて〕
次に、第３処理Ｃである、レーザＬmへの発光電流供給処理について説明する。

第３処理Ｃは、第２処理Ｂが開始した後所定期間Ｔｒ経過したタイミングｔ２で開始される。

まず、発光制御手段１０は、参照電流検出手段４０のスイッチＳｗ１を制御して、参照電流検出手段４０に検出させる参照電流Ｉrとして、発光参照電流Ｉoprを選択する。

参照電流検出手段４０は、発光参照電流Ｉoprの大きさを検出し、制御電圧生成手段５０へ通知する。一方、駆動電流検出手段３０は、駆動電流Ｉoの大きさを検出し、制御電圧生成手段５０へ通知する。

発光制御手段１０は、制御電圧生成手段５０を制御して、発光電流Ｉopの大きさと発光参照電流Ｉoprの大きさとを比較する動作を開始させ、当該比較結果である出力電圧Ｖｐを比較部５１から出力させる。また、発光制御手段１０は、スイッチＳｗ２の状態を維持し、比較部５１から出力される出力電圧Ｖｐを増幅部５２に入力する。これにより、駆動電流Ｉoの大きさと発光参照電流Ｉoprの大きさとの差に応じた出力電圧Ｖｐが増幅部５２で増幅されて制御電圧Ｖct２として駆動手段２０における第１エミッタフォロア２１の入力ノード（第１トランジスタＱ１のベース）に入力される。

第１エミッタフォロア２１の出力ノードの電圧は第１エミッタフォロア２１の入力ノードに入力される制御電圧Ｖct２に応じた電圧となり、レーザＬmへ駆動電流Ｉoが流れる。このとき、駆動電流検出手段３０は、駆動電流Ｉoの大きさを検出して制御電圧生成手段５０へ通知するため、駆動電流Ｉoは、最終的に、発光参照電流Ｉoprの大きさに応じた発光電流Ｉopとなる。

図２（ｂ）には、このときの制御電圧Ｖct、駆動電流Ｉo、発光抵抗Ｒactに流れる電流Ｉ_Rの状態が示されている。同図に示すように、第２処理Ｂが開始した後所定期間Ｔr経過したタイミングｔ２から第１トランジスタＱ１のベースに駆動電流Ｉoに応じた制御電圧Ｖct２が入力される。そのため、レーザＬmには発光参照電流Ｉoprの大きさに応じた発光電流Ｉopが流れ、発光抵抗Ｒactには引き続き発光電流Ｉopが供給される。

このように、第３処理Ｃでは、駆動電流Ｉoをリアルタイムでモニタし、参照電流検出手段４０で検出した発光参照電流Ｉoprと比較して電圧駆動する駆動手段２０にフィードバックをかける帰還ループを形成する。そのため、駆動手段２０へ入力される制御電圧Ｖctは、駆動電流Ｉoの大きさと発光参照電流Ｉoprの大きさとが同じ（すなわち、参照電流Ｉrの電流値にｎを乗じた電流値と駆動電流Ｉoの電流値とが同じ）になるように駆動手段２０の第１エミッタフォロア２１を制御し、第１エミッタフォロア２１からは発光参照電流Ｉoprの大きさに応じた発光電流ＩopがレーザＬmへ安定して供給される。

従って、レーザＬmを発光させているときに、当該レーザＬmの発光抵抗Ｒactに温度変動が生じた場合であっても、発光抵抗Ｒactに依存することなく、駆動電流Ｉoを供給でき、ドループの発生を回避することができる。また、この帰還ループは、当該レーザ駆動装置１の回路内で閉じているため、レーザＬm側のグランドＧＮＤ（或いは電源電圧ＶＤＤ）が変動したとしても、安定して駆動電流Ｉoを供給できる。さらに、この帰還ループは、上記外部の信号処理部によるＡＰＣループとは別の回路内での比較結果からのリアルタイムの帰還ループを構成するため、比較結果をＡＰＣループよりはるかに早い時定数の帰還ループで制御される。

〔１．５．第４処理Ｄについて〕
次に、第４処理ＤであるレーザＬmの駆動終了時処理について説明する。この第４処理Ｄは、上記第３処理ＣにおけるレーザＬmの駆動終了時に引き続き行われるものである。

第４処理Ｄでは、駆動電流検出手段３０の検出結果に応じた帰還ループを動作させず、制御電圧生成手段５０から出力する制御電圧Ｖctを一定にし、さらに、駆動手段２０のスイッチＳｗ３を短絡状態にする。かかる動作により、第２エミッタフォロア２２を電圧駆動させて、寄生容量Ｃaの電荷を放電させるようにしている。具体的には、次のように実行される。

発光制御手段１０は、制御電圧生成手段５０を制御して、駆動電流Ｉoの大きさと発光参照電流Ｉoprの大きさとを比較する動作を停止させ、この停止直前の比較結果の出力電圧Ｖｐを保持電圧Ｖｐ’として保持させる。この保持電圧Ｖｐ’は、次回実行される上記第２処理Ｂで用いられるものである。

さらに、発光制御手段１０は、制御電圧生成手段５０を制御して、保持電圧Ｖｂ’を出力させ、さらにスイッチＳｗ２を制御して、保持電圧Ｖｂ’を増幅部５２で増幅させる。増幅部５２で増幅された保持電圧Ｖｂ’は制御電圧Ｖct１として駆動手段２０における第１エミッタフォロア２１の入力ノード（第１トランジスタＱ１のベース）に入力される。この保持電圧Ｖｂ’は比較部５１による前回の比較結果（バイアス電流Ｉobとバイアス参照電流Ｉobrとの比較結果）に応じた電圧であり、比較部５１に保持されている一定の電圧である。

かかる制御電圧Ｖct１が第１トランジスタＱ１のベースに入力されたとき、レーザＬmに電荷が蓄積されていなければ、第１トランジスタＱ１のエミッタ電圧は制御電圧Ｖct１に応じた一定電圧のバイアス電圧Ｖ１となる。

しかし、レーザＬmの寄生容量Ｃaには発光電圧Ｖ２により電荷が蓄積されている。そのため、第１トランジスタＱ１のベース電圧はバイアス電圧Ｖ１よりも高くなり、第１トランジスタＱ１の動作が停止する。従って、寄生容量Ｃaに蓄積された電荷は、発光抵抗Ｒactとの間の決まる時定数ＣaＲactでしか放電されないことになり、高速なＴＦ特性を実現することができない（図７（ｄ）に示す点線の波形と同様の波形となる）。

そこで、レーザ駆動装置１では、駆動手段２０において、レーザＬmの駆動を終了したときに蓄積されている寄生容量Ｃaの電荷を放電させるために、第２エミッタフォロア２２を設けている。

そして、発光制御手段１０により、駆動手段２０のスイッチＳｗ３を短絡して第２エミッタフォロア２２を動作状態にして、第２エミッタフォロア２２を介してレーザＬmとグランドＧＮＤとを接続し、寄生容量Ｃaの電荷を放電させるようにしている。

すなわち、第４トランジスタＱ４のベースには、第１トランジスタＱ１と同様に、制御電圧Ｖct１が入力されているため、第４トランジスタＱ４のコレクタ電圧は、バイアス電圧Ｖ１となる。スイッチＳｗ３を短絡すると、第３トランジスタＱ３が動作状態となるため、カレントミラー回路を構成する第２トランジスタＱ２が動作状態になり、この第２トランジスタＱ２のエミッタ電圧はバイアス電圧Ｖ１となる。このバイアス電圧Ｖ１は、一定電圧であることから、第２エミッタフォロア２２は非帰還型の電圧ドライブとなり、寄生容量Ｃaの電荷が第２エミッタフォロア２２である第２トランジスタＱ２を介してグランドＧＮＤへ放電される。このように、第４処理Ｄでは、駆動手段２０を、第１エミッタフォロア２１のベース電圧制御ループを止めて駆動電流Ioのモニタを行わない、非帰還型の電圧ドライブとして機能させている。

図２（ｂ）には、このときの制御電圧Ｖct、駆動電流Ｉo、発光抵抗Ｒactに流れる電流Ｉ_Rの状態が示されている。同図に示すように、タイミングｔ３で第１トランジスタＱ１のベースに一定電圧である制御電圧Ｖct１が入力される。このとき、第２トランジスタＱ２がオン状態となり、寄生容量Ｃaに充電されている電荷が放電する。第２トランジスタＱ２はエミッタフォロアとして動作し、そのオン抵抗が小さいため、寄生容量Ｃaに充電されている電荷を高速に放電される。

なお、第１トランジスタＱ１と第４トランジスタとのチップサイズの比がｍ：１であれば、第２トランジスタＱ２が流せる電流は１／ｍとなる。しかし、第１トランジスタＱ１が動作していない状態では、第２トランジスタＱ２はエミッタフォロアとして動作するため、寄生容量Ｃaの電荷を速に放電し、これによりＴＦ特性が改善される。

その後所定期間Ｔｆ経過したタイミングｔ４で発光制御手段１０は、第１処理Ａに戻る。すなわち、制御電圧生成手段５０を制御して比較部５１からバイアス電流Ｉbと参照バイアス電流Ibrとの比較結果に応じた出力電圧Ｖｂを増幅部５２に入力する。かかる処理により、第１エミッタフォロア２１は電流駆動によりレーザＬmへバイアス電流Ｉbを供給する。

このようにレーザ駆動装置１では、レーザＬmの駆動終了時の所定期間Ｔｆ（タイミングｔ３〜ｔ４）、第４処理Ｄを実行することで、レーザＬmの寄生容量Ｃa等に左右されることなく高速なＴＦ特性を実現している。

〔２．レーザ駆動装置の具体的な回路構成〕
次に、本実施形態に係るレーザ駆動装置の具体的な構成の一例ついて図３〜図５を参照して説明する。なお、図１と同様の構成については同様の符号を付している。

図３に示すレーザ駆動装置１’の具体的構成は、図１に示す基本構成と同様に、発光制御手段１０’、駆動手段２０’、駆動電流検出手段３０’、参照電流検出手段４０’、制御電圧生成手段５０’とを備える。以下、各手段の具体的な構成についてさらに詳細に説明する。

（２．１．発光制御手段１０’）
発光制御手段１０’は、制御手段１１と、インバータ回路１２と、前縁抜きパルス発生回路１３と、後縁抜きパルス発生回路１４と、を備える。

制御手段１１は、制御パルスであるデータパルスＤＰを出力する。このデータパルスＤＰがＨレベルの期間のときに、外部から入力される制御電流Ｉrvにバイアス参照電流Ｉobrを加算した電流値に応じた発光電流ＩopをレーザＬmへ供給する。これにより、発光電流Ｉopに応じた強度でレーザＬmを発光させる。このデータパルスＤＰは、換言すれば、レーザＬmを発光させる発光期間ＴＬとレーザＬmを非発光の待機状態とする待機期間とを切り替える制御パルスである。

インバータ回路１２は、データパルスＤＰの信号レベルを反転させた反転データ信号ｘＤＰを出力する。

前縁抜きパルス発生回路１３は、発光期間ＴＬの開始タイミングｔ１に同期して開始し、第１期間Ｔｒの長さのパルス（以下、「前縁抜きパルスＥdgeＦ」とする。）をデータパルスＤＰに基づいて生成する。

後縁抜きパルス発生回路１４は、発光期間ＴＬの終了タイミングｔ３に同期して開始し、第２期間Ｔｆを有するパルス（以下、「後縁抜きパルスＥdgeＢ」とする。）をデータパルスＤＰに基づいて生成する。

これらの前縁抜きパルスＥdgeＦ及び後縁抜きパルスＥdgeＢの生成は、前縁抜きパルス発生回路１３及び後縁抜きパルス発生回路１４により次のように行われる。

前縁抜きパルス発生回路１３は、図４（ａ）に示すように、微分回路により、データパルスＤＰを微分して生成した第１微分信号Ｓ１と、データパルスＤＰを反転した後に微分して生成した第２微分信号Ｓ２とを生成する。さらに、前縁抜きパルス発生回路１３は、シフト回路で、第１微分信号Ｓ１のレベルを正側にシフトしてシフト信号Ｓ１’を生成し、コンパレータでシフト信号Ｓ１’と第２微分信号Ｓ２とを比較して、前縁抜きパルスＥdgeＦを生成する。

後縁抜きパルス発生回路１４は、図４（ｂ）に示すように、微分回路により、データパルスＤＰを微分して生成した第１微分信号Ｓ１と、データパルスＤＰを反転した後に微分して生成した第２微分信号Ｓ２とを生成する。さらに、後縁抜きパルス発生回路１４は、シフト回路で、第２微分信号Ｓ２のレベルを正側にシフトしてシフト信号Ｓ２’を生成し、コンパレータでシフト信号Ｓ２’と第１微分信号Ｓ１とを比較して、後縁抜きパルスＥdgeＢを生成する。

（２．２．駆動手段２０’）
駆動手段２０’は、上述したように第１トランジスタＱ１〜第４トランジスタＱ４、及びスイッチＳｗ３を有する。また、第４トランジスタＱ４のコレクタとスイッチＳｗ３との間には抵抗Ｒ４が設けられる。

そして、駆動手段２０’は、上記駆動手段２０と同様に、レーザＬmに駆動電流Ｉoを供給する第１エミッタフォロア２１と、レーザＬmの寄生容量Ｃaに蓄積された電荷を放電する第２エミッタフォロア２２として機能する。

（２．３．駆動電流検出手段３０’）
駆動電流検出手段３０’は、駆動手段２０’がレーザＬmへ供給している駆動電流Ｉoの大きさとして、駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧を検出しており、その電圧の情報を制御電圧生成手段５０’へ出力する。

この駆動電流検出手段３０’は、図３に示すように、電源電圧ＶＤＤと駆動手段２０’（第１トランジスタのコレクタ）との間に、抵抗Ｒ５とダイオード接続されたＰＮＰ型のトランジスタＱ５を直列に接続して構成される。具体的には、抵抗Ｒ５の一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端がトランジスタＱ５のエミッタに接続される。また、トランジスタＱ５のコレクタ及びベースは第１トランジスタＱ１のコレクタに接続される。また、第５トランジスタＱ５のコレクタとグランドＧＮＤとの間には第５トランジスタＱ５にアイドリング電流を供給する電流源Ｉ１が設けられる。

駆動手段２０’の第１エミッタフォロア２１からレーザＬmへ駆動電流Ｉoが流れると、抵抗Ｒ５にも駆動電流Ｉoと同様の電流値の電流が流れて、この電流値に応じた電圧がかかる。トランジスタＱ５のベースには、抵抗Ｒ５の電圧変化に応じた電圧が生じ、この電圧が制御電圧生成手段５０’へ出力される。

（２．４．参照電流検出手段４０’）
参照電流検出手段４０’は、参照電流Ｉrの大きさとして、参照電流Ｉrの電流値に応じた電圧を検出しており、その電圧の情報を制御電圧生成手段５０へ出力する。

この参照電流検出手段４０’は、図３に示すように、電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に、抵抗Ｒ６、ダイオード接続されたＰＮＰ型のトランジスタＱ６、電流源Ｉ６が直列に接続される。

具体的には、抵抗Ｒ６の一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端がトランジスタＱ６のエミッタに接続される。また、トランジスタＱ６のコレクタ及びベースは電流源Ｉ６の一端に接続され、電流源Ｉ６の他端はグランドＧＮＤに接続される。

ここで、駆動電流検出手段３０’の構成サイズと参照電流検出手段４０’の構成サイズとは、その比がｎ：１（ｎ＞１）の関係となるようにして、参照電流検出手段４０’の実装面積を低減している。なお、「構成サイズ」とは、トランジスタＱ５，Ｑ６、抵抗Ｒ５，Ｒ６のチップサイズである。また、電流源Ｉ６はトランジスタＱ６にアイドリング電流を流すための電流源であり、電流源Ｉ１の電流値に対して１／ｎの電流値の電流源である。

トランジスタＱ６のエミッタには、バイアス参照電流Ｉobrと制御電流Ｉrvとを加算する加算回路４１が接続される。加算回路４１により制御電流Ｉrvをバイアス参照電流Ｉobrに加算することで発光参照電流Ｉoprが生成される。参照電流検出手段４０’には、制御電流Ｉrvを加算回路４１へ接続するスイッチＳｗ１を備えており、これにより、トランジスタＱ６に流す電流をバイアス参照電流Ｉobrと発光参照電流Ｉoprのいずれか一方に切り替える。なお、バイアス参照電流Ｉobrや制御電流Ｉrvは、図示しない外部の信号処理部から入力されるものであるが、バイアス参照電流Ｉobrは参照電流検出手段４０’内で生成するようにしてもよい。

（２．５．制御電圧生成手段５０’）
制御電圧生成手段５０’は、比較部５１、増幅部５２及びスイッチＳｗ２−１，Ｓｗ２−２を有する。

比較部５１は、駆動電流検出手段３０’で検出した駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧と参照電流検出手段４０’で検出した参照電流Ｉrの電流値に応じた電圧とを比較する第１コンパレータＣｐ１と第２コンパレータＣｐ２とを有する。ここでは、比較部５１は、〔（駆動電流Ｉoの電流値）×（抵抗Ｒ５の抵抗値）＋（トランジスタＱ５のＶｆ）〕と〔（参照電流Ｉrの電流値）×（抵抗Ｒ６の抵抗値）＋（トランジスタＱ６のＶｆ）〕とを比較しているが、必ずしもかかる構成にしなくてもよい。例えば、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６とでカレントミラー回路を構成し、トランジスタＱ５に流れる電流に比例する電流をトランジスタＱ６に流して比較するようにしてもよい。また、トランジスタＱ５，Ｑ６を用いずに抵抗Ｒ５，Ｒ６にかかる電圧を比較するようにしてもよい。

第１コンパレータＣｐ１は、発光参照電流Ｉoprの電流値に応じた電圧と駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧とを比較するためのコンパレータである。この第１コンパレータＣｐ１は、データパルスＤＰがＨレベルの時にスイッチＳｗ５が短絡状態となって抵抗Ｒ７及びＰＮＰ型のトランジスタＱ７を介して動作電流の供給を受けて動作する。

第１コンパレータＣｐ１の出力は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２、電流源Ｉ２，Ｉ４及び抵抗Ｒ９から構成される差動増幅器を介して、増幅部５２の第１増幅器Ａｐ１に入力される。

第１コンパレータＣｐ１の出力ノードには、電圧を保持するためのコンデンサＣ１が接続される。このコンデンサＣ１は、第１コンパレータＣｐ１の比較動作が停止したときに、その停止直前の出力電圧Ｖｐを保持電圧Ｖｐ’として保持する機能を有している。このコンデンサＣ１は、ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタＭ１）が接続されているため、数十ｐＦ程度で、次の比較期間までの保持電圧Ｖｐ’を保持できる。

この第１コンパレータＣｐ１による比較動作の停止は、スイッチＳｗ５が開放状態になったとき（データパルスＤＰがＬレベルのとき）、又は、スイッチＳｗ７が短絡状態となったとき（前縁抜きパルスＥdgeＦがＨレベルのとき）に実行され、それ以外のときには、比較動作が継続して行われる。

一方、第２コンパレータＣｐ２は、バイアス参照電流Ｉobrの電流値に応じた電圧と駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧とを比較するためのコンパレータである。この、第２コンパレータＣｐ２は、データパルスＤＰがＬレベルの時（反転データパルスｘＤＰがＨレベルの時）にスイッチＳｗ６が短絡状態となって抵抗Ｒ８及びトランジスタＱ８を介して動作電流の供給を受けて動作する。

第２コンパレータＣｐ２の出力は、ＰＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４、電流源Ｉ５，Ｉ４及び抵抗Ｒ９から構成される差動増幅器を介して、増幅部５２の第２増幅器Ａｐ２に入力される。

第２コンパレータＣｐ２の出力ノードには、電圧を保持するためのコンデンサＣ２が接続される。このコンデンサＣ２は、第２コンパレータＣｐ２の比較動作が停止したときに、その停止直前の出力電圧Ｖｂを保持電圧Ｖｂ’として保持する機能を有している。このコンデンサＣ２は、ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタＭ３）が接続されているため、数十ｐＦ程度で、次の比較期間までの保持電圧Ｖｂ’を保持できる。

この第２コンパレータＣｐ２による比較動作の停止は、スイッチＳｗ６が開放状態になったとき（反転データパルスｘＤＰがＬレベルのとき）、又は、スイッチＳｗ８が短絡状態となったとき（後縁抜きパルスＥdgeＢがＨレベルのとき）に実行され、それ以外のときには、比較動作が継続して行われる。

増幅部５２は、第１増幅器Ａｐ１と第２増幅器Ａｐ２とを備えており、第１増幅器Ａｐ１は、第１コンパレータＣｐ１の出力電圧Ｖｐ又は保持電圧Ｖｐ’を増幅し、第２増幅器Ａｐ２は、第２コンパレータＣｐ２の出力電圧Ｖｂ又は保持電圧Ｖｂ’を増幅する。

第１増幅器Ａｐ１の出力電圧は、制御電圧Ｖct２として、データパルスＤＰがＨレベルのときにスイッチＳｗ２−１が短絡状態となって出力される。また、第２増幅器Ａｐ２の出力電圧は、制御電圧Ｖct１として、データパルスＤＰがＬレベルのときにスイッチＳｗ２−２が短絡状態となって出力される。

なお、図１に示す基本構成では、スイッチＳｗ２は比較部５１と増幅部５２との間に設けられる点で図３に示す構成と異なるが、Ｖｂに応じた制御電圧Ｖct１と出力電圧Ｖｐに応じた制御電圧Ｖct２とが選択的に出力できる構成であれば、どのような構成であってもよい。

また、図３に示す構成では、増幅器とスイッチ（第１増幅器Ａｐ１とスイッチＳｗ２−１、第２増幅器Ａｐ２とスイッチＳｗ２−２）を用いたが、
高速型のバートンスイッチを用いるようにしてもよい。

以上のように構成されるレーザ駆動装置１’では、発光制御手段１０’から出力されるパルス（データパルスＤＰ、反転データパルスｘＤＰ、前縁抜きパルスＥdgeＦ、後縁抜きパルスＥdgeＢ）によって各手段が制御される。

（第１処理Ａ：〜タイミングｔ１まで）
図５に示すように、データパルスＤＰがＨレベルとなるまでのタイミングｔ１までは、レーザＬmはバイアス電流Ｉobで駆動される区間であり、第１処理Ａが行われる。

この第１処理Ａは、反転データパルスｘＤＰがＨレベル（データパルスＤＰがＬレベル）であり、かつ後縁抜きパルスＥdgeＢがＬレベルのときに実行される。

反転データパルスｘＤＰがＨレベルであり、かつ後縁抜きパルスＥdgeＢがＬレベルのとき、スイッチＳｗ６が短絡状態となりスイッチＳｗ８が開放状態となるため、第２コンパレータＣｐ２に動作電流が供給される。

そのため、第２コンパレータＣｐ２からバイアス参照電流Ｉobrの電流値に応じた電圧と駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧との比較結果に応じた出力電圧Ｖｂが出力され、第２増幅器Ａｐ２、スイッチＳｗ２−２を介して駆動手段２０’に制御電圧Ｖct１として入力される。

スイッチＳｗ２−２を介して出力される制御電圧Ｖct１により、駆動手段２０’は帰還型の電流ドライブとして機能して、第１エミッタフォロア２１からバイアス電流ＩobをレーザＬmに供給する。

すなわち、レーザ駆動装置１は、本第１処理Ａにおいて、バイアス電流Ｉobをリアルタイムでモニタし、参照電流検出手段４０’で検出したバイアス参照電流Ｉobrと比較して電圧駆動する駆動手段２０’にフィードバックをかける帰還ループを形成する。そのため、駆動手段２０’へ入力される制御電圧Ｖct１は、駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧と参照電流Ｉrの電流値に応じた電圧とが同じになるように駆動手段２０’の第１エミッタフォロア２１を制御し、第１エミッタフォロア２１からはバイアス参照電流Ｉobrの電流値に応じたバイアス電流ＩobがレーザＬmへ安定して供給される。

なお、第１処理Ａの期間において、データパルスＤＰがＬレベルであり、後縁抜きパルスＥdgeＢもＬレベルであるため、第１コンパレータＣｐ１へ動作電流が供給されず、第１コンパレータＣｐ１は比較動作を停止している。また、このとき、コンデンサＣ１には、第１コンパレータＣｐ１の比較動作の停止直前に第１コンパレータＣｐ１の出力電圧Ｖｐが保持電圧Ｖｐ’として保持されている。このとき、第１増幅器Ａｐ１には、差動増幅器を介して保持電圧Ｖｐ’に応じた電圧が印加されている。

（第２処理Ｂ：タイミングｔ１〜ｔ２）
その後、データパルスＤＰがＨレベルとなるタイミングｔ１において、前縁抜きパルスＥdgeＦがＬレベルからＨレベルとなる。

データパルスＤＰがＨレベルとなると、スイッチＳｗ５が短絡状態となり、第１コンパレータＣｐ１に動作電流が供給しようとする。しかし、前縁抜きパルスＥdgeＦがＨレベルになり、スイッチＳｗ７が短絡状態となる。そのため、第１コンパレータＣｐ１に動作電流が供給されず、第１コンパレータＣｐ１の比較動作が停止する。その結果、第１増幅器Ａｐ１に入力される電圧は、引き続き保持電圧Ｖｐ’に応じた電圧となる。

また、データパルスＤＰがＨレベルとなることから、スイッチＳｗ２−１が開放状態となる一方、スイッチＳｗ１が短絡状態となる。そのため、一定電圧である保持電圧Ｖｐ’に応じた制御電圧Ｖct２が制御電圧生成手段５０’から駆動手段２０’（第１トランジスタＱ１のベース）へ出力される。

これにより、レーザＬmには駆動電圧Ｖoとして発光電圧Ｖ２が印加されてレーザＬmが電圧駆動される。そのため、寄生容量Ｃaには急速に電荷が充電されると共に、発光抵抗Ｒactには、所定の強度のレーザ光の出射に必要な発光電流Ｉopがその供給開始時から供給される。

なお、第２処理Ｂの期間において、反転データパルスｘＤＰがＬレベルであるため、第２コンパレータＣｐ２へ動作電流が供給されず、第２コンパレータＣｐ２は比較動作を停止している。また、このとき、コンデンサＣ２には、第２コンパレータＣｐ２の比較動作の停止直前に第２コンパレータＣｐ２の出力電圧Ｖｂが保持電圧Ｖｂ’として保持されている。このとき、第２増幅器Ａｐ２には、差動増幅器を介して保持電圧Ｖｂ’に応じた電圧が印加されている。

（第３処理Ｃ：タイミングｔ２〜ｔ３）
その後、タイミングｔ１から第１期間Ｔｒ経過したタイミングｔ２において、前縁抜きパルスＥdgeＦがＨレベルからＬレベルとなる。そのため、スイッチＳｗ７が短絡状態となり、第１コンパレータＣｐ１に動作電流が流れ、第１コンパレータＣｐ１から駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧と発光参照電流Ｉoprの電流値に応じた電圧との比較結果に応じた出力電圧Ｖｐが出力される。

このとき、データパルスＤＰがＨレベルであり、スイッチＳｗ２−１は引き続き短絡状態となるため、第１コンパレータＣｐ１の出力電圧Ｖｐは、第１増幅器Ａｐ１及びスイッチＳｗ２−１を介して制御電圧Ｖct２として駆動手段２０’へ入力される。

駆動手段２０’へ入力される制御電圧Ｖct２は、駆動電流Ｉoの電流値に応じた電圧と発光参照電流Ｉoprの電流値に応じた電圧とが同じになるように駆動手段２０’の第１エミッタフォロア２１を制御し、第１エミッタフォロア２１からは発光参照電流Ｉoprの電流値に応じた発光電流ＩopがレーザＬmへ安定して供給される。すなわち、駆動手段２０’は、帰還型の電流ドライブとして機能する。

なお、第３処理Ｃの期間においても、反転データパルスｘＤＰがＬレベルであるため、第２コンパレータＣｐ２へ動作電流が供給されず、第２処理Ｂの期間と同様に、第２増幅器Ａｐ２には、差動増幅器を介して保持電圧Ｖｂ’に応じた電圧が印加されている。

（第４処理Ｄ：タイミングｔ３〜ｔ４）
その後、データパルスＤＰがＨレベルからＬレベルとなるタイミングｔ３において、反転データパルスｘＤＰがＬレベルからＨレベルとなり、さらに、後縁抜きパルスＥdgeＢがＬレベルからＨレベルとなる。

反転データパルスｘＤＰがＨレベルになると、スイッチＳｗ６が短絡状態となり、第２コンパレータＣｐ２に動作電流を供給しようとする。しかし、後縁抜きパルスＥdgeＢがＨレベルになってスイッチＳｗ８が短絡状態となるため、第２コンパレータＣｐ２へ動作電流が流れず、第２コンパレータＣｐ２の比較動作は停止したままの状態となる。従って、コンデンサＣ２には第２コンパレータＣｐ２による前回の比較結果の電圧である保持電圧Ｖｂ’を保持した状態を維持する。

反転データパルスｘＤＰがＨレベルになるとスイッチＳｗ２−２が短絡状態となるために、コンデンサＣ２で保持された保持電圧Ｖｂ’が第２増幅器Ａｐ２及びスイッチＳｗ２−２を介して駆動手段２０’へ一定電圧の制御電圧Ｖct１として出力される。なお、このとき、データパルスＤＰがＬレベルとなるために、スイッチＳｗ２−１は開放状態となる。

さらに、反転データパルスｘＤＰがＨレベルになると、スイッチＳｗ３が短絡状態となり、第３トランジスタＱ３が動作状態となる。そのため、上述したように、第２トランジスタＱ２が第２エミッタフォロア２２として機能して、レーザＬmとグランドＧＮＤとを第２トランジスタＱ２を介して接続し、寄生容量Ｃaの電荷が急速に放電する。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

例えば、駆動電流Ｉoの大きさと参照電流Ｉrの大きさとの差に応じた電圧を保持電圧Ｖｂ’，Ｖｐ’として比較部５１において保持し、かかる電圧を増幅器を介して駆動手段２０，２０’へ出力するようにしたが、参照電流Ｉrの大きさに応じた一定電圧を駆動手段２０，２０’へ出力できればよい。例えば、駆動電流Ｉoの大きさと比較することなく、参照電流Ｉrの大きさに応じた電圧を生成し、これを制御電圧として駆動手段２０，２０’へ出力するようにしてもよい。

なお、駆動電流Ｉoの大きさと参照電流Ｉrの大きさとの差に応じた電圧を保持する場合、例えば、駆動電流Ｉoの大きさと参照電流Ｉrの大きさとの差を増幅器を介して増幅した後に保持するようにしてもよい。すなわち、駆動電流Ｉoの大きさと参照電流Ｉrの大きさとの差に応じた制御電圧Ｖctを結果的に保持できればよい。

また、駆動電流Ｉoの大きさと参照電流Ｉrの大きさとの差に応じた制御電圧Ｖctに代えて、参照電流Ｉrの大きさに応じた一定の電圧を制御電圧Ｖctとしてもよい。

以上のように、本実施形態のレーザ駆動装置１，１’は、レーザＬmに駆動電流Ｉoを供給する第１エミッタフォロア２１と、レーザＬmに蓄積された電荷を放電する第２エミッタフォロア２２とを有する駆動手段２０，２０’と、駆動電流Ｉoの大きさを検出する駆動電流検出手段３０，３０’と、駆動電流Ｉoの基準となる参照電流Ｉrを入力し、当該参照電流Ｉrの大きさを検出する参照電流検出手段４０，４０’と、駆動電流検出手段３０，３０’の検出結果と参照電流検出手段４０，４０’の検出結果とを比較し、当該比較結果に応じた制御電圧Ｖctを生成する制御電圧生成手段５０，５０’と、レーザＬmの発光期間ＴＬの開始から第１期間Ｔｒは、制御電圧生成手段５０，５０’による制御電圧Ｖctの生成処理を停止させ、かつ前記参照電流の大きさに応じた一定電圧（例えば、制御電圧生成手段５０，５０’において、前記比較結果に応じた制御電圧Ｖct（出力電圧Ｖｐ，Ｖｂに応じた電圧）の生成を停止したときに当該制御電圧Ｖctを保持し、このときの前記保持した制御電圧Ｖct（保持電圧Ｖｐ’，Ｖｂ’に応じた電圧））を第１エミッタフォロア２１の入力ノードに出力させて当該第１エミッタフォロア２１を動作させ、その後レーザＬmの発光期間ＴＬの終了までは、制御電圧生成手段５０，５０’による制御電圧Ｖctの生成の停止を解除し、当該生成した制御電圧Ｖct（出力電圧Ｖｐ，Ｖｂに応じた電圧）を第１エミッタフォロア２１の入力ノードに出力させて当該第１エミッタフォロア２１を動作させ、レーザＬmの発光期間ＴＬの終了した後の第２期間Ｔｆは、第２エミッタフォロア２２を動作させてレーザＬmに蓄積された電荷を放電する発光制御手段１０，１０’と、を備えている。

従って、レーザＬmの発光期間ＴＬの開始から第１期間Ｔｒは電圧駆動によってレーザＬmへ駆動電流が供給され、レーザＬmに形成される寄生容量に左右されること無く高速な立ち上がり特性（ＴＲ特性）を実現できる。

また、その後レーザＬmの発光期間ＴＬの終了まで、電圧駆動中に駆動電流をリアルタイムにモニタし、駆動電圧に帰還をかける帰還ループが動作するため、発光抵抗Ｒactの変動に関わらず駆動電流Ｉoを一定に保つ事ができる。この帰還ループは、当該レーザ駆動装置１の回路内で閉じているため、レーザＬm側のグランドＧＮＤ（或いは電源電圧ＶＤＤ）が変動したとしても、安定して駆動電流Ｉoを供給できる。

さらに、レーザＬmの発光期間ＴＬの終了した後の第２期間Ｔｆは、第２エミッタフォロア２２を動作させてレーザＬmに蓄積された電荷を放電するため、電荷引き抜き特性が向上し、高速な立ち下がり特性（ＴＦ特性）を実現できる。

しかも、シンプルなエミッタフォロアの電圧駆動方式を基本としているため、複雑なタイミング制御も必要なく、又、補正電流も印加していないため、補正ズレも発生せず回路規模も小さく極めてシンプルに構成することができる。

１，１’ レーザ駆動装置
１０，１０’ 発光制御手段
２０，２０’ 駆動手段
３０，３０’ 駆動電流検出手段
４０，４０’ 参照電流検出手段
５０，５０’ 制御電圧生成手段
２１ 第１エミッタフォロア
２２ 第２エミッタフォロア
Ｑ１ 第１トランジスタ
Ｑ２ 第２トランジスタ
Ｑ３ 第３トランジスタ
Ｑ４ 第４トランジスタ
Ｉo 駆動電流
Ｉop 発光電流
Ｉob バイアス電流
Ｉr 参照電流
Ｉopr 発光参照電流
Ｉobr バイアス参照電流

Claims (5)

1. レーザに駆動電流を供給する第１エミッタフォロアと、前記レーザに蓄積された電荷を放電する第２エミッタフォロアとを有する駆動手段と、
   前記駆動電流の大きさを検出する駆動電流検出手段と、
   前記駆動電流の基準となる参照電流を入力し、当該参照電流の大きさを検出する参照電流検出手段と、
   前記駆動電流検出手段での検出結果と前記参照電流検出手段での検出結果を比較し、当該比較結果に応じた制御電圧を生成する制御電圧生成手段と、
   前記レーザの発光期間の開始から第１期間は、前記制御電圧生成手段による前記制御電圧の生成を停止させ、かつ前記参照電流の大きさに応じた一定電圧を前記第１エミッタフォロアの入力ノードに出力させて当該第１エミッタフォロアを動作させ、その後前記レーザの発光期間の終了までは、前記制御電圧生成手段による前記制御電圧の生成の停止を解除し、当該生成した制御電圧を前記第１エミッタフォロアの入力ノードに出力させて当該第１エミッタフォロアを動作させ、前記レーザの発光期間の終了した後の第２期間は、前記第２エミッタフォロアを動作させて前記レーザに蓄積された電荷を放電する発光制御手段と、を備え、
   前記発光制御手段は、前記第２期間の直前の前記比較結果に応じた電圧を、次回の前記第１期間に、前記一定電圧として前記第１エミッタフォロワの入力ノードに出力させるレーザ駆動装置。
2. 前記発光制御手段は、
   前記レーザを発光させる発光期間と前記レーザを非発光の待機状態とする待機期間とを切り替える制御パルスを入力し、
   前記制御パルスに基づいて前記発光期間の開始タイミングに同期して開始する前記第１期間の長さの前縁抜きパルスを生成し、当該前縁抜きパルスを前記制御電圧生成手段へ出力して、前記制御電圧生成手段による前記制御電圧の生成を停止させ、
   さらに、前記制御パルスに基づいて前記発光期間の終了タイミングに同期して開始し、前記第２期間を有する、後縁抜きパルスを生成し、当該後縁抜きパルスを前記制御電圧生成手段及び前記駆動手段へ出力して、前記制御電圧の生成を停止させ、かつ前記後縁抜きパルスで前記第２エミッタフォロアを動作させる請求項１に記載のレーザ駆動装置。
3. 前記第１エミッタフォロアが第１トランジスタから構成され、前記第２エミッタフォロアが第２トランジスタから構成され、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとはエミッタ同士が接続されており、
   前記駆動手段は、さらに、
   前記第２トランジスタとカレントミラー回路をなす第３トランジスタと、
   前記第３トランジスタとエミッタ同士が接続され、前記制御電圧をそのベースに入力する第４トランジスタと、を備え、
   前記発光制御手段は、
   前記レーザの発光期間の終了した後の第２期間に、前記第３トランジスタを動作させて前記第２トランジスタを動作させ、前記レーザに蓄積された電荷を放電する請求項１又は２に記載のレーザ駆動装置。
4. 前記駆動電流検出手段及び前記参照電流検出手段は共に、ダイオード接続したトランジスタと抵抗とを直列に接続して構成しており、
   前記駆動電流検出手段のトランジスタのサイズと前記参照電流検出手段のトランジスタのサイズとをｎ：１（ｎ＞１）の関係となるようにした請求項３に記載のレーザ駆動装置。
5. 前記駆動電流には、レーザを発光させる発光電流と前記レーザを非発光の待機状態とするバイアス電流とを含み、
   前記参照電流検出手段は、前記発光電流の基準となる参照発光電流の大きさと、前記バイアスの基準となる参照バイアス電流の大きさとを検出し、
   前記制御電圧生成手段は、前記駆動電流検出手段での検出した前記発光電流の大きさと前記参照電流検出手段での検出した前記参照発光電流の大きさとを比較し、当該比較結果に応じた電圧を出力する第１コンパレータと、前記バイアス電流の大きさと前記参照バイアス電流の大きさとを比較し、当該比較結果に応じた電圧を出力する第２コンパレータと、前記第１コンパレータの出力電圧を増幅して前記制御電圧を生成して出力する第１増幅器と、前記第２コンパレータの出力電圧を増幅して前記制御電圧を生成して出力する第２増幅器と、を備え、
   前記発光制御手段は、前記レーザを発光させる発光期間には前記第１増幅器から前記制御電圧を出力させ、前記レーザを非発光の待機状態とする待機期間には前記第２増幅器から前記制御電圧を出力させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ駆動装置。

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