JPH09266340A - 半導体レーザ制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 経時変化に伴い微分量子効率に変化があって
もイニシャライズ時に適正な電流加算値を設定でき、半
導体レーザの光出力波形を常に最適な方形波に近付ける
ようにする。 【解決手段】 イニシャライズ時にタイミング生成部３
１により誤差増幅部２３の制御速度より十分に遅いタイ
ミング信号を生成し、そのタイミング信号に基づき微分
量子効率検出部３２により半導体レーザ１の微分量子効
率を検出し、この検出結果をメモリ部３３に記憶し、こ
のメモリ部３３のデータに従い加算電流設定部３４の電
流値を設定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
デジタル複写機、光ディスク装置、光通信装置等におけ
る光源として用いられる半導体レーザを駆動制御するた
めの半導体レーザ制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは極めて小型であって、か
つ、駆動電流により高速に直接変調を行うことができる
ので、近年、レーザプリンタ等の光源として広く使用さ
れている。

【０００３】しかし、半導体レーザの駆動電流と光出力
との関係は、温度により著しく変化するので、半導体レ
ーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合に問題
となる。この問題を解決して半導体レーザの利点を活か
すために、従来、様々なＡＰＣ（Ａutomatic Ｐower Ｃ
ontrol）回路が提案されている。

【０００４】このＡＰＣ回路は以下の〜の３つの方
式に大別される。 半導体レーザの光出力を受光素子によりモニタし、
この受光素子に発生する半導体レーザの光出力に比例す
る受光電流に比例する信号と、発光レベル指令信号とが
等しくなるように、常時、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
出力を所望の値に制御する方式。 パワー設定期間内には半導体レーザの光出力を受光
素子によりモニタし、この受光素子に発生する受光電流
（半導体レーザの光出力に比例する）に比例する信号
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し、パワー設定期間外にはパワ
ー設定期間中に設定した半導体レーザの順方向の値を保
持することにより、半導体レーザの光出力を所望の値に
制御するとともに、パワー設定期間外にはパワー設定期
間中に設定した半導体レーザの順方向電流を情報に基づ
いて変調することにより半導体レーザの光出力に情報を
載せる方式。 半導体レーザの温度を測定し、その測定した温度信
号によって半導体レーザの順方向電流を制御したり、又
は、半導体レーザの温度を一定とするように制御するこ
とで、半導体レーザの光出力を所望の値に制御する方
式。

【０００５】半導体レーザの光出力を所望の値とするた
めには、の方式が望ましい。しかし、受光素子の動作
速度や、光・電気負帰還ループを構成している増幅素子
の動作速度等の限界により制御速度に限界が生じる。例
えば、制御速度の目安として、光・電気負帰還ループの
開ループでの交叉周波数を考慮した場合、この交叉周波
数をｆ₀ としたとき、半導体レーザの光出力のステップ
応答特性は、 Ｐ_out ＝Ｐ₀｛１−exp(−２πｆ₀ｔ）｝ Ｐ_out ；半導体レーザの光出力 Ｐ₀ ；半導体レーザの設定された光強度 ｔ ；時間 により近似される。

【０００６】半導体レーザの多くの使用目的では、半導
体レーザの光出力を変化させた直後から、設定された時
間τ₀ が経過するまでの全光量（光出力の積分値∫Ｐ
_out・ｄｔ）が所定の値となることが必要とされ、 ∫Ｐ_out ・ｄｔ＝Ｐ₀・τ₀｛１−（１／２πｆ₀τ₀ )
［１−exp（−２πｆ₀τ₀ )］｝ のような式で表される。

【０００７】仮に、τ₀ ＝５０ns、誤差の許容範囲を
０．４％とした場合、ｆ₀ ＞８００ＭＨｚとしなければ
ならず、これは極めて困難である。

【０００８】また、の方式では、の方式による上記
のような問題は発生せず、半導体レーザを高速に変調す
ることが可能であるので多用されている。しかし、この
の方式によると、半導体レーザの光出力を常時制御し
ている訳ではないので、外乱等により容易に半導体レー
ザの光量変動を生じてしまう。外乱としては、例えば、
半導体レーザのドゥループ特性があり、半導体レーザの
光量はこのドゥループ特性により容易に数％程度の誤差
を生じてしまう。半導体レーザのドゥループ特性を抑制
する試みとして、半導体レーザの熱時定数に半導体レー
ザ駆動電流の周波数特性を合わせて補償する方法などが
提案されているが、半導体レーザの熱時定数は各半導体
レーザ毎に個別にばらつきがあり、また、半導体レーザ
の周囲環境により異なる等の問題がある。

【０００９】このような点を考慮した改良方式が、例え
ば、特開平２−２０５０８６号公報により提案されてい
る。同公報によれば、図９に示すように、半導体レーザ
１の光出力を受光素子２によりモニタし、その出力と発
光レベル指令信号（DATA）とが等しくなるように、常
時、半導体レーザ１の順方向電流を制御する光・電気負
帰還ループ３と、発光レベル指令信号（DATA）を半導体
レーザ１の順方向電流に変換する電流駆動部４とを有
し、光・電気負帰還ループ３の制御電流と電流駆動部４
により生成された駆動電流の和（又は、差）の電流によ
って半導体レーザ１の光出力を制御する方式が開示され
ている。図示例では、前記光・電気負帰還ループ３は半
導体レーザ１と受光素子２とＩ_DA1 なる定電流源５と反
転増幅器６とにより構成され、この反転増幅器６の出力
により、抵抗Ｒ_e とともに半導体レーザ１に直列に接続
された駆動トランジスタ７を駆動制御するように構成さ
れている。また、電流駆動部４はＩ_DA2 なる定電流源８
により構成されている。

【００１０】これによれば、半導体レーザ１を電流駆動
部４により直接駆動する電流に相当する光出力をＰ_S と
した場合、半導体レーザ１の光出力のステップ応答特性
は、 Ｐ_out ＝Ｐ₀ ＋（Ｐ_S −Ｐ₀ )｛１−exp(−２πｆ₀ｔ
)｝ で近似される。Ｐ_S ≒Ｐ₀ であれば、瞬時に半導体レー
ザの光出力がＰ₀ に等しくなるので、ｆ₀ の値は光・電
気負帰還ループ３のみの場合に比べて小さくてよい。図
１０（ａ）が光・電気負帰還ループ３のみによる場合の
光出力の変化の様子を示すのに対し、図１０（ｂ）は電
流駆動部４による定電流分Ｉ_DA2 が付加された場合の光
出力の変化の様子を示す。現実的には、ｆ₀ ＝４０ＭＨ
ｚ程度であればよく、この程度の交叉周波数であれば容
易に実現できる。

【００１１】次に、レーザプリンタを例に採り、１ドッ
ト多値化技術の経緯について説明する。レーザプリンタ
は、当初、ラインプリンタに代わるノンインパクトプリ
ンタとして開発されたが、レーザプリンタの高速高解像
性からイメージプリンタとしての適用が早くから検討さ
れ、ディザ法をベースとした様々な記録方法が実用化さ
れている。また、近年の半導体技術の急速な進展によ
り、処理可能な情報量が急速に増大し、レーザプリンタ
においては、１ドット多値化技術が実用化され、より確
実にイメージプリンタとしての地位を固めつつある。し
かしながら、現行の多値化レベルはハイエンド機におい
ては８ビット相当の出力レベルを備えているが、ローエ
ンド機では高々数値程度に抑えられている。これは、一
因としては情報量の多さもあるが、主として、１ドット
多値化出力を実現する半導体レーザ制御変調部の回路規
模が大きく高価であることによる。

【００１２】現在、１ドット多値化出力を行う半導体レ
ーザ制御変調方式としては、 Ａ．光強度変調方式 Ｂ．パルス幅変調方式 Ｃ．パルス幅強度混合変調方式 が提案されている。

【００１３】Ａ．光強度変調方式（ＰＭ＝Ｐower Ｍodu
lation） 光出力自身を変化させて記録する方式であり、中間露光
領域を利用して中間調記録を実現するため、印字プロセ
スの安定化が重要な要件であり、印字プロセスに対する
要求が厳しくなる。しかしながら、半導体レーザの制御
変調は容易となる。

【００１４】Ｂ．パルス幅変調方式（ＰＷＭ＝Ｐulse
Ｗidth Ｍodulation） 光出力レベルとしては２値であるが、その発光時間（つ
まり、パルス幅）を変化させて記録する方式であるの
で、ＰＭ方式と比較すると、中間露光領域の利用度が少
なく、さらに、隣接ドットを結合させることにより中間
露光領域を一層低減させることが可能となる（印字プロ
セス安定性に対する要求が低減する）。しかし、パルス
幅設定を８ビット、かつ、隣接ドット結合を実現する場
合には半導体レーザ制御変調部の構成は複雑となる。

【００１５】Ｃ．パルス幅強度混合変調方式（ＰＷＭ＋
ＰＭ方式） ＰＭ方式では印字プロセスの安定化への要求が厳しくな
り、ＰＷＭ方式では半導体レーザ制御変調部が複雑とな
る問題を有することから、これらのＰＭ方式とＰＷＭ方
式とを組み合わせた方式であり、例えば、特開平６−３
４７８５２号公報中に開示されている。

【００１６】この変調方式は、基本的には２値記録方式
であり、印字プロセスに対して安定であるＰＷＭ方式を
基調とし、そのパルス間の移り変わり部をＰＭ方式によ
り補完する方式である。この変調方式は、同じ階調数を
実現する場合、各々単独の変調方式に比較して、必要と
なるパルス幅数、パワー値数が組み合わせることにより
少なくなるので、各々の方式分の構成を容易に達成で
き、印字プロセスに対して安定であると同時に集積化に
適しており、小型化・低コスト化を図ることができる。

【００１７】このような変調方式を実現するため、半導
体レーザ制御装置には、基本的には図１１に示すような
画像データと画素クロックとを入力とするパルス幅生成
部及びデータ変調部１１が設けられ、このパルス幅生成
部及びデータ変調部１１が図９に例示したような回路構
成の半導体レーザ制御部及び半導体レーザ駆動部１２に
対する発光レベル指令信号なるDATAを出力するように構
成されている。即ち、入力される画像データに従ってパ
ルス幅生成部及びデータ変調部１１によりＰＷＭ方式を
基調とし、その移り変わり部をＰＭ方式により補完す
る。その半導体レーザの光出力波形の基本概念図を図１
２に示す。図１２にはパルス幅３値、パワー６値の合計
１８階調を出力する場合における半導体レーザの光出力
波形を模式的に示すものである。

【００１８】この変調方式は、図示のように基本的には
ＰＷＭ方式であるので、中間露光領域を利用するパワー
変調部は最小パルス幅で出力する必要がある。このよう
な光出力を得るためには、例えば、図１３に示すように
パルス幅をＰＷＭとすると、ＰＷＭ_OUT とＰＷＭ_OUT＋
ＰＭ_OUT（ＰＭ_OUT は最小パルス幅）、又は、ＰＷＭ_OU
T とＰＭ_OUT （ＰＭ_OUT は最小パルス幅）との２パルス
を生成すればよい。ＰＷＭ_OUT のパルスにおいて全ビッ
トをＨレベルにし、ＰＭ_OUT のパルスにおいてデータに
従って各ビットをオン・オフさせれば、図１２や図１３
に示すような光出力の波形を得ることができる。図１２
中、上段が右寄せの右モード、下段が左寄せの左モード
を示す。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このような技術的背景
を考えた場合、常時最適化された理想的な光出力の波形
を高速制御下に得るためには、図１０（ｂ）中に示すＰ
_S 分を適正に設定し、より矩形波に近付けることが重要
といえる。特に、図１２等で説明したパルス幅強度混合
方式を用いてより多階調の変調を実現しようとする場合
には重要となる。

【００２０】ここに、半導体レーザはその一般的な特性
として、図１４に示すような温度による動作電流変化特
性、図１５に示すような経時変化（特に、微分量子効率
の変化）による動作電流変化特性がある。この内、温度
による動作電流変化特性に関しては図９中に示したよう
な光・電気負帰還ループ３を常に動作させることにより
半導体レーザ１の発振閾値電流Ｉthが温度により変化し
てもその変化に制御系が追従するため、常に、制御系が
発振閾値電流Ｉthを半導体レーザ１の順方向電流として
流すことにより対処される。

【００２１】しかし、経時変化、特に、微分量子効率の
変化に伴う動作電流変化特性は、図示の如く、一般に、
温度による場合よりも大きな変化特性を示す。この変化
特性が、図１０（ｂ）中に示すＰ_S 分に影響を及ぼし、
得ようとする光出力Ｐ_out に対して大きすぎてオーバシ
ュートを生じたり、小さすぎてアンダシュートを生じ高
速制御に支障を来す等の不都合がある。

【００２２】つまり、上述したような技術的背景におい
ては、半導体レーザの微分量子効率の検出精度に関して
特に工夫されておらず、その検出精度が悪く、自由度が
少ないため、光出力波形を理想的な矩形波に近付ける点
で不十分となっている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
入力データに基づいて、前記入力データに対しパルス幅
変調と強度変調とを同時に行う発光指令信号を生成する
パルス幅変調・強度変調信号生成部と、半導体レーザ
と、この半導体レーザの光出力をモニタする受光素子
と、ともに光・電気負帰還ループを形成して前記受光素
子から得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受
光信号と前記パルス幅変調・強度変調信号生成部から与
えられる発光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誤差増幅部と、前記光・
電気負帰還ループの制御電流との和又は差の電流により
前記半導体レーザの駆動を制御するように生成されて前
記パルス幅変調・強度変調信号生成部から与えられる発
光指令信号に応じた駆動電流を前記半導体レーザに順方
向電流として流す電流駆動部と、前記半導体レーザの微
分量子効率を検出する微分量子効率検出部と、この微分
量子効率検出部の検出結果を記憶するメモリ部と、この
メモリ部に記憶された前記微分量子効率検出部の検出結
果により発光指令信号に対応する電流を設定する加算電
流設定部と、タイミング生成部とを備え、イニシャライ
ズ時に前記タイミング生成部により前記誤差増幅部の制
御速度より十分に遅いタイミング信号を生成し、そのタ
イミング信号に基づき前記微分量子効率検出部により前
記半導体レーザの微分量子効率を検出し、各タイミング
での検出結果を前記メモリ部に記憶し、このメモリ部に
記憶された検出結果に従い発光指令信号に対応する電流
を設定するようにした。

【００２４】請求項６記載の発明は、入力データに基づ
いて、前記入力データに対しパルス幅変調と強度変調と
を同時に行う発光指令信号を生成するパルス幅変調・強
度変調信号生成部と、半導体レーザと、この半導体レー
ザの光出力をモニタする受光素子と、ともに光・電気負
帰還ループを形成して前記受光素子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前記パルス幅
変調・強度変調信号生成部から与えられる発光指令信号
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
制御する誤差増幅部と、前記光・電気負帰還ループの制
御電流との和又は差の電流により前記半導体レーザの駆
動を制御するように生成されて前記パルス幅変調・強度
変調信号生成部から与えられる発光指令信号に応じた駆
動電流を前記半導体レーザに順方向電流を流す電流駆動
部と、前記半導体レーザの微分量子効率を検出する微分
量子効率検出部と、イニシャライズ時にこの微分量子効
率検出部の検出動作を制御するタイミング信号を生成す
るタイミング生成部と、前記微分量子効率検出部の各タ
イミングでの検出結果を記憶するメモリ部と、このメモ
リ部に記憶された前記微分量子効率検出部の検出結果に
より発光指令信号に対応する電流を設定する加算電流設
定部とを備えている。

【００２５】従って、これらの請求項１や請求項６記載
の発明によれば、経時変化に伴う半導体レーザの微分量
子効率の変化を、電源投入時やリセット解除時といった
イニシャライズ時に検出して最適な電流加算値を設定し
直すことにより、光・電気負帰還ループなる制御部によ
る高速制御分を極力少なくすることができ、半導体レー
ザの光出力波形をオーバシュートやアンダシュートのな
い、理想の方形波に近付け、常時、最適化された理想的
な光出力波形が得られる。

【００２６】特に、請求項２や請求項７記載の発明のよ
うに、パルス幅変調・強度変調信号生成部と誤差増幅部
と電流駆動部と微分量子効率検出部とメモリ部と加算電
流設定部とタイミング生成部とが１チップの集積回路に
集積化して構成された場合にも、光出力波形の理想化を
維持することができる。

【００２７】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発
明において、電流駆動部は、誤差増幅部内における電圧
シフト部であり、その電圧シフト量を変化させる差動回
路を含んで光・電気負帰還ループ内に設けられ、加算電
流設定部は、前記発光指令信号に対応する電流が最大の
時に前記半導体レーザの光出力が所望の最大値となり前
記発光指令信号に対応する電流が最小の時に前記半導体
レーザの光出力が所望の最小値となるように前記差動回
路の電流を設定するものとし、イニシャライズ時におい
て、或るタイミングＴ０に半導体レーザの光出力を所望
の最大値とし前記タイミングＴ０から或る一定時間経過
したタイミングＴ１に前記半導体レーザの光出力を所望
の最小値として、前記タイミングＴ１とこのタイミング
Ｔ１より或る一定時間経過したタイミングＴ２との間に
前記微分量子効率検出部及び加算電流設定部を動作させ
て電流を設定するようにしている。

【００２８】従って、所望の高速電圧シフト量の最大値
を検出することにより、光出力波形を理想的な方形波に
近付け得る１手段を提供できる。

【００２９】請求項３や請求項９記載の発明は、タイミ
ング生成部が外付け素子を含み、この外付け素子により
設定されたタイミング信号を生成するようにしている。
従って、例えば遅延回路により構成した場合、光・電気
負帰還ループの制御速度を自由に設定できる上に、半導
体レーザ‐受光素子の周波数特性の影響を受けない光出
力波形を得ることもでき、集積化された回路のイニシャ
ライズ時間を最適化を図る上で都合がよい。

【００３０】請求項４や請求項１０記載の発明は、タイ
ミング生成部が発振回路を含み、この発振回路の発振出
力に基づき複数のタイミング信号を生成するようにして
いる。従って、タイミング生成部に発振回路を用いるこ
とにより、生成すべきタイミング数が多い場合であって
も唯一の外付けコンデンサを設けるだけでそのタイミン
グを自在に設定できる。さらには、そのコンデンサの容
量を変更するだけで、周波数特性を補償する回路も不要
にできる。

【００３１】請求項５や請求項１１記載の発明は、タイ
ミング生成部が、発振回路と多段のラッチ回路とを含
み、前記発振回路の発振出力に基づき前記各ラッチ回路
がタイミング信号を生成するようにしている。従って、
発振回路に対してフリップフロップではなくラッチ回路
を組み合わせることにより、素子を削減した回路構成と
することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図６に基づいて説明する。本発明の半導体レーザ制御
装置は、例えば、レーザプリンタ等における光書込用に
用いられる半導体レーザの光出力を制御するための制御
装置として適用されている。ここに、本実施の形態にあ
っても基本的には前述したようなパルス幅強度混合変調
方式や、光・電気負帰還ループの負担を軽減させる光・
電気負帰還ループ＋加算電流値制御方式を踏襲してお
り、図９ないし図１５で示した部分と同一部分は同一符
号を用いて示す。

【００３３】即ち、本実施の形態における半導体レーザ
制御装置１３は、概略的には、図１１に示したように、
パルス幅生成部及びデータ変調部１１と半導体レーザ制
御部及び半導体レーザ駆動部１２とにより構成されてい
る。ここに、前記半導体レーザ制御部及び半導体レーザ
駆動部１２は、図９に示したように光・電気負帰還ルー
プ３と電流駆動部４とを主体として構成されている。こ
れにより、パルス幅生成部及びデータ変調部１１によっ
て既にＰＷＭ変調を受けたデータが定電流源５，８に入
力され、定電流源５の電流値Ｉ_DA1 は反転増幅器６、半
導体レーザ１、受光素子２を介して光・電気負帰還ルー
プ３を形成し、定電流源８の電流値Ｉ_DA2 は半導体レー
ザ１の順方向電流となり高速に半導体レーザ１の光出力
に変換されることで、高速に半導体レーザ１の制御及び
駆動が可能となる。この場合、電流駆動部４として機能
する定電流源８による電流Ｉ_DA2 、従って、光出力Ｐ_S
の値を所望の値に設定することで、前述したように半導
体レーザ１の光出力を高速にＰＷＭ及びＰＭ変調するこ
とが可能とされている。

【００３４】図１に、本実施の形態における半導体レー
ザ制御装置１３の、より詳細な構成例を示す。まず、本
実施の形態では、入力データをパルス幅変調データと強
度変調データとに変換した複数のパルスを生成するパル
ス幅生成部及びデータ変調部１１と半導体レーザ制御部
及び駆動部１２とが、その一部の構成要素を除く殆どの
要素に関して１チップの集積回路２０として集積化され
て構成されている。より詳細には、一部の回路構成に関
して後述する如く、バイポーラトランジスタにより１チ
ップ化されている。ここに、パルス幅生成部及びデータ
変調部１１に関しては、特に詳述しないが、例えば、タ
イミングの異なる複数のパルスを生成するＰＬＬ構成の
パルス生成手段と、入力された画像データをパルス幅変
調データと強度変調データとに変換する論理記述を含む
データ変換部と、このデータ変換部から得られるパルス
幅変調データに従ってパルス生成手段の出力中からパル
スを選択するパルス幅変調部等を備えて構成されるが、
これらの論理記述等を実行するバイポーラトランジスタ
による回路構成とされている。

【００３５】以下では、半導体レーザ制御部及び駆動部
１２側について説明する。まず、光・電気負帰還ループ
３は、発光指令信号設定部２１と発光指令信号生成部２
２と誤差増幅器２３（反転増幅器６に相当する）と電流
駆動部２４と半導体レーザ１と受光素子２とにより構成
されている。動作としては、変調されたデータに従って
発光指令信号生成部２２にて生成された電流と、半導体
レーザ１の光出力に比例して受光素子２より出力される
モニタ電流とを比較し、その誤差分を誤差増幅器２３及
び電流駆動部２４を介して半導体レーザ１の順方向電流
に変換することにより光・電気負帰還ループ３を構成す
る。ここで、一般に半導体レーザ１の微分量子効率や受
光素子２の光・電気変換受光感度には素子ばらつきがあ
るので、各々の特性に合わせて、電流値を設定する必要
がある。このような素子ばらつきに関しては、前記発光
指令信号設定部２１において、半導体レーザ１が所望の
光出力となるように外部からの電流設定信号により電流
値Ｉ_DA1 、即ち、直流動作的には受光素子２のモニタ電
流値を設定することにより、個体差を吸収して半導体レ
ーザ１が常に所望の光出力となるように設定することが
可能となる。

【００３６】前記電流駆動部２４は、例えば差動スイッ
チ構成で前記誤差増幅器２３の出力を所望の電位分瞬時
に電圧シフトする電圧シフト部２５として構成されてい
る。この電圧シフト部２５による電圧シフトは、瞬時に
半導体レーザ１の順方向電流となり、半導体レーザ１の
光出力の高速変調が可能とされている。特に、光・電気
負帰還ループ３なる制御系内にこの電流駆動部２４とし
て機能する電圧シフト部２５を有して光・電気負帰還ル
ープ３側と同一の出力部を持たせることにより、回路を
構成する上で、素子数の低減と消費電力の低減とを図れ
る。

【００３７】図２に誤差増幅器２３及び電圧シフト部２
５のバイポーラトランジスタを用いた回路構成例を示
す。まず、発光指令信号生成部２２にあるＰＤ端子にお
いて、この発光指令信号生成部２２中のＤ／Ａ変換部に
より入力されたデータを電流Ｉ_DA1 に変換し、受光素子
２より半導体レーザ１の光出力に比例して流れるモニタ
電流Ｉ_PDと比較し、その結果を発光指令信号生成部２２
中のトランジスタＱ₁ のベースにおいて検出する。この
結果をトランジスタＱ₂ ，Ｑ₃ 等で構成される差動アン
プ４１に入力し、その出力を抵抗Ｒ₁ を介してＬＤ端子
より半導体レーザ１の順方向電流とする光・電気負帰還
ループ３を構成している。ここに、差動アンプ４１より
ＬＤ端子に至る間に、トランジスタＱ₄ ，Ｑ₅ ，抵抗Ｒ
₂ 等で構成されて差動回路となる差動スイッチ４２によ
りその出力を所望の電位分、瞬時に電圧シフトするよう
に電圧シフト部２５が構成されている。この電圧シフト
は、トランジスタＱ₆ 〜Ｑ₈ 等で構成されるエミッタフ
ォロワ４３を介して瞬時に半導体レーザ１の順方向電流
となる。ここに、本実施の形態においては、前述したよ
うに、最終的に半導体レーザ１を駆動する駆動トランジ
スタ７と抵抗Ｒ_e とを集積回路２０に対して外付けとし
ており、この駆動トランジスタ７と抵抗Ｒ_e には、半導
体レーザ１を駆動するために数十〜数百ｍＡ程度の電流
を流す必要があるが、本実施の形態のような構成の場
合、半導体レーザ制御部及び半導体レーザ駆動部１２内
部における電流は、駆動部につながる出力部においても
せいぜい数ｍＡで十分であるので、消費電力が低減し、
集積化が容易となる。図２に示す回路において、電流駆
動部２４の電圧シフト量を決定しているのが、抵抗Ｒ
₂ ，Ｒ₃ 、トランジスタＱ₉ 等であるが、上述したよう
に半導体レーザ１の微分量子効率には素子ばらつきがあ
り、また、経時変化による効率劣化があるため、半導体
レーザ１の微分量子効率を検出し、この電圧シフト量を
設定する構成とすることにより、前述した図１０（ｂ）
に示したような光出力Ｐ_S が重畳された光出力を得るこ
とができる。また、図２に示す回路において、トランジ
スタＱ₂ ，Ｑ₃ 等で構成される差動アンプ４１は、抵抗
Ｒ₄ において電源電圧Ｖccよりの降下電圧としてその出
力を構成しているが、光・電気負帰還ループ３は半導体
レーザ１の光出力をリアルタイムで制御しているので、
電源電圧変動も同時に制御している。また、受光素子２
を経てＰＤ端子（発光指令信号生成部２２中のトランジ
スタＱ₄ のベース電位）にて検出した結果を、差動アン
プ４１に入力する過程で、トランジスタＱ₁₁，Ｑ₁₂，抵
抗Ｒ₄ を介して帰還をかけており、この差動アンプ４１
の電圧ゲインを抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ の抵抗値により決定し、
ゲインを小さくすることでこの差動アンプ４１の交叉周
波数をより高くし制御速度を向上させている。

【００３８】半導体レーザ１の微分量子効率を検出し、
電圧シフト量を設定する機能を実現するためのブロック
が、図１中では、タイミング生成部３１、微分量子効率
検出部３２、メモリ部３３及び加算電流設定部３４によ
り構成されている。これにより、概略的には、タイミン
グ生成部３１において誤差増幅器２３の制御速度より十
分遅いタイミング信号を生成し、そのタイミングにおい
て半導体レーザ１の微分量子効率を微分量子効率検出部
３２により検出し、その検出結果をメモリ部３３に記録
し、そのメモリ部３３のデータに従い、加算電流設定部
３４の電流値を設定する。この動作は電源投入時若しく
はリセット時（半導体レーザ１の光出力オフ時）といっ
た所定のイニシャライズ時だけイニシャライズ動作とし
て行われ、通常動作時には、加算電流設定部３４の電流
値を保持する。

【００３９】また、タイミング生成部３１に対してはス
タートアップ部３５が接続されている。このスタートア
ップ部３５は、電源投入時に電源電圧がまだ所定の値に
達するまでの期間に、半導体レーザ１に過大電流が流れ
ることにより発生する半導体レーザ１の劣化や破損から
の保護と、前記タイミング生成部３１において必要なイ
ニシャライズ開始信号の生成を行う役目を担う。このス
タートアップ部３５に設定される或る設定電位は、なる
べく電源電圧の所定の電位に近い電位に設定される。例
えば、電源電圧の所定の電位が５．０Ｖの場合におい
て、或る設定電位が２〜３Ｖ程度に設定した場合にはま
だ回路全体が所望の動作をしているとはいえないが、
４．５Ｖ程度に設定すればほぼ回路全体が所望の動作を
していると考えてよく、より安全に半導体レーザ１の保
護とイニシャライズ開始信号の生成とを行うことができ
る。具体的制御としては、受光素子２の端子の電位を強
制的にＨレベルとすることにより誤差増幅器２３の出力
が強制的なＬレベルとされ、半導体レーザ１の順方向電
流が流れないように抑制することで半導体レーザ１の保
護を行う。また、同時に、後述するように、TDSTART端
子 の電位を強制的にＨレベルとすることで、前記タイ
ミング生成部３１における発振回路（後述する）を強制
的に発振しないように抑制する。そして、電源電圧（こ
こでは、Ｖcc）が或る設定電位以上になると、半導体レ
ーザ１の保護を解除して通常動作状態とし、かつ、前記
タイミング生成部３１における発振回路の発振抑制を解
除することにより発振開始信号とする。同時に、前記タ
イミング生成部３１の電流源を生成するVPTDSTART端子
電位 を出力する。

【００４０】前記タイミング生成部３１は、例えば、遅
延回路を用いて構成することも可能であるが、本実施の
形態では、発振回路３６とバイアス回路（図示せず）と
ラッチ回路３７とにより構成されている。概略的には、
発振回路３６において生成された発振信号をラッチ回路
３７にてラッチし、ラッチしたデータを次段に順次伝達
することにより、例えば、Ｔ０〜Ｔ５なる６個のタイミ
ング信号を生成し、最終タイミングと同時に前記発振回
路３６を強制的に発振しないように抑制する構成とされ
ている。

【００４１】前記微分量子効率検出部３２は、例えば、
前記誤差増幅器２３の誤差出力中のピーク値を検出する
サンプルホールド回路３８と、このサンプルホールド回
路３８の出力値を所定値と比較する比較器３９とにより
構成されている。

【００４２】前記メモリ部３３は、前記比較器３９の比
較結果を前記タイミング生成部３１により生成されるタ
イミングＴ１〜Ｔ５に同期して保持する機能を有する。
前記加算電流設定部３４は、例えば、５ビットのＤ／Ａ
変換器４０により構成されている。

【００４３】次に、これらの各部の構成、作用等につい
て説明する。まず、前記発振回路３６のバイポーラトラ
ンジスタによる回路構成例を図３に示す。また、イニシ
ャライズ時の概略動作を図５に示す。トランジスタＱ₂₂
のコレクタ電位Ｖ_Q22Cが図４中の発振動作として表さ
れ、このトランジスタＱ₂₂のコレクタ電流が、トランジ
スタＱ₂₄，Ｑ₂₅で構成される差動スイッチ４６によりオ
ン、オフし、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流がオンの
時にトランジスタＱ₂₁のコレクタ電流よりも大きい場合
には、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電位Ｖ_Q22Cは、各々
の電流がコンデンサＣ₁ へのチャージ、ディスチャージ
を繰り返すことにより発振する。

【００４４】まず、図４中に示すタイミング０、即ち、
電源投入時より、前記スタートアップ部３５から発振開
始タイミング信号ＴＳが送られてくるまでの間は、TDST
ART端子の電位は強制的にＨレベル（殆どＶccと同電
位）であり、また、VPTDSTART端子は０Ｖであるので、V
PTDSTART 端子より生成されるトランジスタＱ₂₃のコレ
クタ電流は０であり、差動スイッチ４６もトランジスタ
Ｑ₂₅がＬレベルであるが、トランジスタＱ₂₃のコレクタ
電流が０であるので、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流
も０となっている。その後、発振開始タイミング信号Ｔ
Ｓを過ぎると、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流が流れ
始め、差動スイッチ４６においてトランジスタＱ₂₅がＬ
レベルであるので、トランジスタＱ₂₃のコレクタ電流が
トランジスタＱ₂₂，Ｑ₂₆によるカレントミラー回路４７
により折り返され、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流と
なる。このタイミングＴＳでは、電源部（図示せず）の
電流は０であるので、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流
がトランジスタＱ₂₁のコレクタ電流より大きい場合には
トランジスタＱ₂₂のコレクタ電位Ｖ_Q22C、即ち、TDSTAR
T端子電位 は、徐々に低下する。そして、トランジスタ
Ｑ₂₄のベース電位がトランジスタＱ₂₅のべース電位と同
電位若しくはより低下する瞬間に、差動スイッチ４６が
動作し、トランジスタＱ₂₄がオンとなりトランジスタＱ
₂₆のコレクタ電流、従って、トランジスタＱ₂₂のコレク
タ電流がオフとなり、トランジスタＱ₂₅のベース電位は
トランジスタＱ₂₄のコレクタ電流と抵抗Ｒ₁₁とで決まる
電位分上昇する。この瞬間が、タイミングＴ０である。

【００４５】タイミングＴ０を過ぎると、トランジスタ
Ｑ₂₂のコレクタ電流がオフとなるので、トランジスタＱ
₂₂のコレクタ電位Ｖ_Q22C、即ち、TDSTART端子電位 は、
徐々に上昇する。そして、トランジスタＱ₂₄のベース電
位がトランジスタＱ₂₅のベース電位と同電位若しくはよ
り上昇する瞬間に、差動スイッチ４６が反転し、トラン
ジスタＱ₂₂のコレクタ電流がオンとなる発振動作を繰り
返す。この発振の振幅は、トランジスタＱ₂₄のコレクタ
電流と抵抗Ｒ₁₁とで決まる電位で決定され、周期はトラ
ンジスタＱ₂₁のコレクタ電流、トランジスタＱ₂₂のコレ
クタ電流、コンデンサＣ₁ の容量により決定され、これ
らの値を適正に決定することにより所望のタイミング信
号を得ることができる。

【００４６】このような動作において、トランジスタＱ
₂₂のコレクタ電流がトランジスタＱ₂₁のコレクタ電流の
丁度２倍の時、トランジスタＱ₂₁のコレクタ電流と、
（トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流）−（トランジスタ
Ｑ₂₁のコレクタ電流）なる電流とが等しくなり、コンデ
ンサＣ₁ にチャージ、ディスチャージされる単位時間当
たりの電荷量が等しくなるので、図４中に示すような、
立上り時間と立下り時間とが等しい三角波となる。

【００４７】このような発振回路３６の発振出力として
トランジスタＱ₂₅のベースに方形波が得られ、電圧シフ
ト、スイング量調整、反転なる処理がなされた後、図４
中に示すトランジスタＱ_X のエミッタ電位Ｖ_QXE の出力
波形が得られる。

【００４８】次に、前記ラッチ回路３７の１構成単位と
なるラッチ回路４８の回路構成例を図４に示す。前記ラ
ッチ回路３７は、本実施の形態においては、タイミング
信号Ｔ０〜Ｔ５を生成するため、ラッチ回路４８が６段
に接続されて構成されるが、図４にその１構成単位とな
りタイミング信号Ｔ０生成用のラッチ回路４８を示す。
図示例にあっては、複数のトランジスタ、抵抗を構成要
素として構成されており、この内、トランジスタＱ₃₁〜
Ｑ₃₃で１つのスイッチ４９ａを形成し、また、トランジ
スタＱ₃₄〜Ｑ₃₆で１つのスイッチ４９ｂを形成してい
る。前記スイッチ４９ａにおいては、前記トランジスタ
Ｑ₃₃のコレクタ電流がオンの時、トランジスタＱ₃₁のベ
ース電位、即ち、データをトランジスタＱ₃₇のベース電
位及びエミッタ電位に反転して出力する。また、スイッ
チ４９ｂにおいては、トランジスタＱ₃₆のコレクタ電流
がオンの時、トランジスタＱ₃₄のベースがトランジスタ
Ｑ₃₇のエミッタに接続されるので、出力をそのまま保持
する動作となる。

【００４９】トランジスタＱ₃₃のベースをCLK 、トラン
ジスタＱ₃₆のベースを／CLK （信号に関して、“／”は
反転を示す）、トランジスタＱ₃₁のベースをDATA0 、ト
ランジスタＱ₃₇のエミッタを出力Ｑとして、これらの関
係を論理式で表すと、 Ｑ＝CLK・DATA0 ＋／CLK・Ｑ となる。

【００５０】ここで、前述したようにトランジスタＱ_X
（図５参照）のエミッタ電位Ｖ_QXE、つまり、トランジ
スタＱ₃₆のベース／CLK は、タイミングＴＳよりタイミ
ングＴ０までＨレベルで出力保持状態にあり、また、ト
ランジスタＱ₃₈，Ｑ₃₉等で構成される電流源５０は、ス
タートアップ部３５からのVPTDSTART をベース電位とす
ることにより、タイミングＴＳまでは電流が０でタイミ
ングＴＳとなる瞬間より電流が流れるので、出力Ｑはタ
イミングＴ０までＨレベルとなっている。タイミングＴ
０となると、出力Ｑが初めてＬレベルとなり、タイミン
グＴ０以降、トランジスタＱ₃₁のベース（入力データ）
がＬレベルであるので、出力ＱはＬレベルの状態を保持
する。この状態を、図５中のトランジスタＱ₃₇のエミッ
タ電位Ｖ_{Q3 7E}（タイミング信号Ｔ０）の波形として示
す。

【００５１】図示しない次段では、CLK を反転入力し、
トランジスタＱ₃₇のエミッタ電位Ｖ_Q37EをDATA1 とする
と、 Ｑ′＝／CLK・DATA1 ＋CLK・Ｑ′ とすることで、図５中にＶ_Q37(1)Eで示すタイミング信
号Ｔ１を得ることができる。

【００５２】以下、同様にタイミング信号Ｔ２〜Ｔ５を
得ることができる。図５中のＶ_{Q37 (n)E} における“ｎ”
は段数１〜５を示す。

【００５３】さらに、タイミング信号Ｔ５を生成する最
終段のラッチ回路において、そのベースがデータ入力部
であるトランジスタ（図４中のトランジスタＱ₃₁に相
当）のコレクタ電流をトランジスタ等を介して発振回路
３６中のトランジスタＱ₅ のベース電流、即ち、この発
振回路３６を駆動させる電流とすることで、タイミング
ＴＳよりタイミングＴ４までは電流を流すが、タイミン
グＴ４となる瞬間にトランジスタＱ₅ のベース電流、従
って、コレクタ電流をオフさせることが可能となる。

【００５４】つまり、必要なタイミング信号を生成する
間のみ発振し、所望のタイミング信号を生成し終わると
同時に発振を停止することで、発振回路３６の発振動作
が他の回路に雑音や電流変動等の悪影響を及ぼさない回
路構成とされている。また、前述したようなタイミング
信号Ｔ０〜Ｔ５を生成するためには遅延回路等を用いて
構成することも可能であるが、本実施の形態のように、
発振回路３６を用いて構成することにより、唯一、コン
デンサＣ₁ をＬＳＩ（集積回路２０）外の外付け素子と
することで多数のタイミング信号を生成する場合であっ
ても、発振回路３６のタイミングを自在に設定すること
ができる。もっとも、タイミング生成部３１を遅延回路
を用いて構成した場合、タイミングを自在に設定するた
めには各々のタイミングを決定する外付け素子を必要と
するが、必要とするタイミング数が少ない場合には遅延
回路を用いるほうがラッチ回路を必要としない利点があ
る。何れにしても、光・電気負帰還ループ３の制御速度
を自由に設定できる上に、半導体レーザ１・受光素子２
の周波数特性の影響を受けない光出力波形を得ることも
でき、集積回路２０のイニシャライズ時間を最適化を図
る上で都合がよい。

【００５５】また、一般に、半導体レーザ１・受光素子
２間には、周波数特性が存在し、この周波数特性が、上
述の制御系（光・電気負帰還ループ３）の動作や上述の
タイミング設定に影響を及ぼさない良好な特性である場
合には問題はないが、この周波数特性がよくない場合に
は、もし、上述のタイミングが一定である場合には、こ
の半導体レーザ１・受光素子２間の周波数特性を補償す
るための回路を追加するか、或いは、上述のタイミング
を十分遅くなるように設定する必要がある。しかし、こ
のようなタイミングを十分に遅く設定すると、それだけ
イニシャライズの時間が長くなってしまい、かといっ
て、周波数特性補償回路を付加すると素子数が増えてし
まい、何れにしても好ましくない。この点、本実施の形
態のように、タイミング生成部３１を発振回路３６を用
いて構成することにより、コンデンサＣ₁ の容量を変更
するだけで周波数特性を補償するための回路を必要とせ
ず、かつ、全てのイニシャライズ時間が長くなることも
ないので、素子数を低減させつつ効率的なイニシャライ
ズを行わせることができる。さらに、このような発振回
路３６を用いてタイミング信号を生成する場合、通常
は、フリップフロップを用いるが、本実施の形態のよう
に必要段数のラッチ回路４８を組み合わせたラッチ回路
３７を用いることにより、素子数を低減させ得る。

【００５６】次に、これらのタイミング信号により制御
されるイニシャライズ時の概略動作を図５のタイムチャ
ート、図６に示す微分量子効率検出部３２の回路構成例
を参照して説明する。まず、半導体レーザ１の光出力
を、タイミングＴＳに強制的なオフ状態より所望の最大
発光状態とする。この最大発光値は、発光指令電流生成
部２２において既に設定されているものとする。そし
て、タイミングＴ０に入力データを全て０としてオフセ
ット発光状態とし、この状態をタイミングＴ５まで維持
した後、タイミングＴ５以降を本来の入力データを受け
付ける通常動作状態とする。光・電気負帰還ループ３を
動作させるためには、半導体レーザ１の光出力を完全に
オフにはさせず、わずかに光らせるオフセット発光が必
要であり、実際には、半導体レーザ１の光出力は、設定
した最大発光とオフセット発光との間で光・電気負帰還
ループ３により制御される。

【００５７】半導体レーザ１の光出力は、イニシャライ
ズ時、即ち、電源投入時やリセット解除時において、必
ず、図５に示すようなシーケンス動作を実行することに
より微分量子効率をその度に検出し、適切な加算電流値
を設定する。

【００５８】図５中に示すような最大発光とオフセット
発光との差分、即ち、動作電流Ｉop−発振閾値電流Ｉth
が微分量子効率であるので、微分量子効率検出部３２中
のサンプルホールド回路３８においてこの差分を検出す
る。概略動作としては、この差分は電圧としては抵抗Ｒ
₇ （図２参照）の端子間電圧であり、電流駆動部２４な
る電圧シフト部２５が動作していない状態においては誤
差増幅器２４におけるトランジスタＱ₉ のエミッタ電位
出力であるので、最大発光時のこのトランジスタＱ₉ の
エミッタ電位をサンプルホールドし、タイミングＴ０に
おいては０であった電圧シフト部２５の電位シフト量を
加算電流設定部３４により徐々に変化させて、前記差分
を、電圧シフト部２５における抵抗Ｒ₁ の電位変化とす
ることにより微分量子効率を検出する。

【００５９】詳細には、トランジスタＱ₉ のエミッタ電
位、即ち、VCOMP 端子はトランジスタＱ₄₂のエミッタフ
ォロワ５１を介してトランジスタＱ₄₃のベース電位とな
る。このトランジスタＱ₄₃のベース電位はトランジスタ
Ｑ₄₅等で構成される電流源５２の電流が流れている間
は、トランジスタＱ₄₁，Ｑ₄₆，Ｑ₄₇，Ｑ₄₈等で構成され
るボルテージフォロワ５３によりトランジスタＱ₄₄のベ
ース電位と同電位となる。タイミングＴ０で電流源５２
の電流をオフさせると、トランジスタＱ₄₃のベース電位
の変化はVCOMP 端子の電位変化をそのまま示すが、トラ
ンジスタＱ₄₄のベース電位はコンデンサＣ₂ の容量が大
きいほど変化せず、タイミングＴ０におけるトランジス
タＱ₄₃のベース電位、つまり、最大発光時のトランジス
タＱ₉ （図２参照）のエミッタ電位をサンプルホールド
することが可能となる。図５中の下部にこれらのトラン
ジスタＱ₄₃，Ｑ₄₄によりサンプルホールドされる概略波
形を示す。

【００６０】サンプルホールドされたこれらのトランジ
スタＱ₄₃，Ｑ₄₄のベース電位をトランジスタＱ₄₉，Ｑ₅₀
等による比較器３９に入力してその大小を比較し、比較
結果をタイミング信号Ｔ１〜Ｔ５に同期してメモリ部３
３にて保持する。従って、このメモリ部３３は、特に構
成例を図示しないが、比較器３９の比較出力をタイミン
グ信号Ｔ１〜Ｔ５に同期して保持し得る機能を有してい
ればよく、例えば、タイミング生成部３１で用いたよう
な５段のラッチ回路で構成し、比較器３９の比較におい
てトランジスタＱ₄₃側のベース電位がトランジスタＱ₄₄
側のベース電位よりも高い場合にＬレベルを出力するよ
うに構成すればよい。

【００６１】加算電流設定部３４は、２段の差動スイッ
チで構成される５個のスイッチと、これらのスイッチ部
の電流源に電流を供給するカレントミラー回路と、各ス
イッチ部の出力を加算して電流駆動部（電圧シフト部２
５）の出力とするカレントミラー回路とにより構成され
ている。ここに、５個のスイッチ部により基本的に５ビ
ットのＤ／Ａ変換器４０が構成され、これらのスイッチ
部の電流源は、最小ビット電流をＩ１とすると、次のビ
ットのスイッチ部では２＊Ｉ１、さらに上位ビットのス
イッチ部毎に４＊Ｉ１，８＊Ｉ１，１６＊Ｉ１となるよ
うに設定されている。これにより、スイッチ部全体の出
力電流としては最大３１＊Ｉ１となり、この時に、電流
駆動部（電圧シフト部２５）において設定される最大電
流（最大電圧）が、前述した（動作電流Ｉop）−（発振
閾値電流Ｉth）の最大値よりも大きくなるように設定す
る。

【００６２】ここで、タイミングＴ０に、図５に示すよ
うに半導体レーザ１の光出力を最大発光状態よりオフセ
ット発光状態とすると同時にスイッチ部の最上位ビット
の電流を強制的に出力する。この状態では、最大発光状
態からオフセット状態となって最上位ビットのスイッチ
部の電流を強制的に出力することにより電圧シフト部の
端子間電位にも電位変化を生ずるので、光・電気負帰還
ループ３なる制御系により半導体レーザ１の光出力がオ
フセット発光状態となるように制御が働くので、これら
の電位変化の差分を補うように変化する。このような変
化分を微分量子効率検出部３２において検出しその出力
を最大発光状態と比較し、その比較結果をメモリ部３３
に格納する。メモリ部３３ではこの結果をタイミングＴ
１においてラッチし、加算電流設定部３４の最上位ビッ
トのスイッチ部を再設定し、最大発光状態の電位より大
きい場合にはオフ、小さい場合にはオンとする。ここ
で、タイミングＴ１−Ｔ０は、この間に光・電気負帰還
ループ３なる制御系が十分収束する時間に設定する必要
がある。

【００６３】タイミングＴ１においてもタイミングＴ０
の場合と同様に、上位２ビット目を強制的に出力させ、
タイミングＴ２にてその結果を再設定する。本実施の形
態では、微分量子効率を５ビット分のＤ／Ａの精度で検
出しているので、５ビット分、同様に繰り返して行う。
この時のベース電位の変化の様子を図示すると、図５中
の下部に示すトランジスタＱ₄₄のベース電位の場合と同
様になる。この場合の図示例は、下位ビットより順に １，１，１，０，１ となった場合の波形を示している。

【００６４】本実施の形態では、微分量子効率検出部３
２及び加算電流設定部３４の検出精度を５ビットとして
いるが、さらにビット数を増やして検出精度を上げれ
ば、図１０（ｂ）に示す光出力波形において、Ｐ_S 分の
光出力分が所望の光出力となり、光・電気負帰還ループ
３なる制御系による光出力の制御分が少なくなり、光出
力波形がより理想的な方形波に近付く。

【００６５】また、本実施の形態では、電流駆動部２４
を光・電気負帰還ループ３中に介在させた電圧シフト部
２５により構成した例で説明したが、例えば、図７に示
すように、光・電気負帰還ループ３から分離させて独立
して電流駆動部２４を設けた構成としてもよい。さらに
は、発光指令信号生成部、発光指令信号設定部に関して
も、図８に示すように、Ｉ_DA1 専用の発光指令信号生成
部２２ａ及び発光指令信号設定部２１ａと、Ｉ_DA2 専用
の発光指令信号生成部２２ｂ及び発光指令信号設定部２
１ｂとに分けて構成してもよい。この場合、発光指令信
号設定部２１ｂが加算電流設定部３４となる。

【００６６】さらには、本実施の形態では、半導体レー
ザ制御装置１３の大半をバイポーラトランジスタを用い
た集積回路２０として集積化した例で説明したが、必ず
しもバイポーラトランジスタにより集積化したものに限
らず、Ｃ‐ＭＯＳトランジスタを用いたもの、両者を組
み合わせたもの等であってもよく、さらには、集積化さ
れていない構成にも適用し得る。

【００６７】

【発明の効果】請求項１及び６記載の発明によれば、パ
ルス幅変調・強度変調信号生成部と誤差増幅部と電流駆
動部とともに、半導体レーザの微分量子効率を検出する
微分量子効率検出部と、この微分量子効率検出部の検出
結果を記憶するメモリ部と、このメモリ部に記憶された
微分量子効率検出部の検出結果により発光指令信号に対
応する電流を設定する加算電流設定部と、タイミング生
成部とを備え、イニシャライズ時にタイミング生成部に
より誤差増幅部の制御速度より十分に遅いタイミング信
号を生成し、そのタイミング信号に基づき微分量子効率
検出部により半導体レーザの微分量子効率を検出し、各
タイミングでの検出結果をメモリ部に記憶し、このメモ
リ部に記憶された検出結果に従い発光指令信号に対応す
る電流を設定するようにしたので、経時変化に伴う半導
体レーザの微分量子効率の変化を、電源投入時やリセッ
ト解除時といったイニシャライズ時に検出して最適な電
流加算値を設定し直すことにより、光・電気負帰還ルー
プなる制御部による高速制御分を極力少なくすることが
でき、半導体レーザの光出力波形をオーバシュートやア
ンダシュートのない、理想の方形波に近付け、常時、最
適化された理想的な光出力波形を得ることができる。特
に、請求項２や請求項７記載の発明のように、パルス幅
変調・強度変調信号生成部と誤差増幅部と電流駆動部と
微分量子効率検出部とメモリ部と加算電流設定部とタイ
ミング生成部とが１チップの集積回路に集積化して構成
した場合にも、光出力波形の理想化を維持することがで
きる。

【００６８】請求項８記載の発明によれば、請求項７記
載の発明において、電流駆動部は、誤差増幅部内におけ
る電圧シフト部であり、その電圧シフト量を変化させる
差動回路を含んで光・電気負帰還ループ内に設けられ、
加算電流設定部は、前記発光指令信号に対応する電流が
最大の時に前記半導体レーザの光出力が所望の最大値と
なり前記発光指令信号に対応する電流が最小の時に前記
半導体レーザの光出力が所望の最小値となるように前記
差動回路の電流を設定するものとし、イニシャライズ時
において、或るタイミングＴ０に半導体レーザの光出力
を所望の最大値とし前記タイミングＴ０から或る一定時
間経過したタイミングＴ１に前記半導体レーザの光出力
を所望の最小値として、前記タイミングＴ１とこのタイ
ミングＴ１より或る一定時間経過したタイミングＴ２と
の間に前記微分量子効率検出部及び加算電流設定部を動
作させて電流を設定するようにしたので、所望の高速電
圧シフト量の最大値を検出することにより、光出力波形
を理想的な方形波に近付け得る１手段を提供することが
できる。

【００６９】請求項３や請求項９記載の発明によれば、
タイミング生成部が外付け素子を含み、この外付け素子
により設定されたタイミング信号を生成するようにした
ので、例えば、タイミング生成部を遅延回路により構成
した場合、光・電気負帰還ループの制御速度を自由に設
定できる上に、半導体レーザ‐受光素子の周波数特性の
影響を受けない光出力波形を得ることもでき、集積化さ
れた回路のイニシャライズ時間を最適化を図る上で都合
がよい。

【００７０】請求項４や請求項１０記載の発明によれ
ば、タイミング生成部が発振回路を含み、この発振回路
の発振出力に基づき複数のタイミング信号を生成するよ
うにしたので、タイミング生成部に発振回路を用いるこ
とにより、生成すべきタイミング数が多い場合であって
も唯一の外付けコンデンサを設けるだけでそのタイミン
グを自在に設定でき、さらには、そのコンデンサの容量
を変更するだけで、周波数特性を補償する回路も不要に
することができる。

【００７１】請求項５や請求項１１記載の発明によれ
ば、タイミング生成部が、発振回路と多段のラッチ回路
とを含み、前記発振回路の発振出力に基づき前記各ラッ
チ回路がタイミング信号を生成するようにしているの
で、発振回路に対してフリップフロップではなくラッチ
回路を組み合わせることにより、素子を削減した回路構
成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す概略ブロック図で
ある。

【図２】誤差増幅部及び電圧シフト部の構成例を示す回
路図である。

【図３】発振回路の構成例を示す回路図である。

【図４】ラッチ回路の構成例を示す回路図である。

【図５】各部の波形を示すタイムチャートである。

【図６】微分量子効率検出部の構成例を示す回路図であ
る。

【図７】変形例を示す概略ブロック図である。

【図８】異なる変形例を示す概略ブロック図である。

【図９】従来の電流駆動部によるＩ_DA2 加算方式を示す
回路図である。

【図１０】Ｉ_DA2 に伴うＰ_S の有無による光出力制御例
を示す特性図である。

【図１１】パルス幅強度混合方式用の構成例を示すブロ
ック図である。

【図１２】パルス幅強度混合方式の光出力とドットイメ
ージとの関係を示す模式図である。

【図１３】その波形生成法を示すタイムチャートであ
る。

【図１４】温度による動作電流変化特性を示す特性図で
ある。

【図１５】経時変化による動作電流変化特性を示す特性
図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 受光素子 ３ 光・電気負帰還ループ ２３ 誤差増幅部 ２４ 電流駆動部 ２５ 電圧シフト部 ３１ タイミング生成部 ３２ 微分量子効率検出部 ３３ メモリ部 ３４ 加算電流設定部 ３６ 発振回路 ３７ ラッチ回路 ４２ 差動回路

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】しかし、経時変化、特に、微分量子効率の
変化に伴う動作電流変化特性は、図示の如く、一般に、
温度による場合よりも大きな変化特性を示す。この変化
特性が、図１０（ｂ）中に示すＰ_S 分に影響を及ぼし、
得ようとする光出力Ｐ_out に対して大きすぎてオーバシ
ュートを生じたり、小さすぎたりして高速制御に支障を
来す等の不都合がある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】さらに、タイミング信号Ｔ５を生成する最
終段のラッチ回路において、そのベースがデータ入力部
であるトランジスタ（図４中のトランジスタＱ₃₁に相
当）のコレクタ電流をトランジスタ等を介して発振回路
３６中のトランジスタＱ₂₃ のベース電流、即ち、この発
振回路３６を駆動させる電流とすることで、タイミング
ＴＳよりタイミングＴ５までは電流を流すが、タイミン
グＴ５となる瞬間にトランジスタＱ₂₃ のベース電流、従
って、コレクタ電流をオフさせることが可能となる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】図５中に示すような最大発光とオフセット
発光との差分、即ち、動作電流Ｉop−発振閾値電流Ｉth
が微分量子効率であるので、微分量子効率検出部３２中
のサンプルホールド回路３８においてこの差分を検出す
る。概略動作としては、この差分は電圧としては抵抗Ｒ
₁ （図２参照）の端子間電圧であり、電流駆動部２４な
る電圧シフト部２５が動作していない状態においては誤
差増幅器２４におけるトランジスタＱ₁₂ のエミッタ電位
出力であるので、最大発光時のこのトランジスタＱ₁₂ の
エミッタ電位をサンプルホールドし、タイミングＴ０に
おいては０であった電圧シフト部２５の電位シフト量を
加算電流設定部３４により徐々に変化させて、前記差分
を、電圧シフト部２５における抵抗Ｒ₂ の電位変化とす
ることにより微分量子効率を検出する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】詳細には、トランジスタＱ₁₂ のエミッタ電
位、即ち、VCOMP 端子はトランジスタＱ₄₂のエミッタフ
ォロワ５１を介してトランジスタＱ₄₃のベース電位とな
る。このトランジスタＱ₄₃のベース電位はトランジスタ
Ｑ₄₅等で構成される電流源５２の電流が流れている間
は、トランジスタＱ₄₁，Ｑ₄₆，Ｑ₄₇，Ｑ₄₈等で構成され
るボルテージフォロワ５３によりトランジスタＱ₄₄のベ
ース電位と同電位となる。タイミングＴ０で電流源５２
の電流をオフさせると、トランジスタＱ₄₃のベース電位
の変化はVCOMP 端子の電位変化をそのまま示すが、トラ
ンジスタＱ₄₄のベース電位はコンデンサＣ₂ の容量が大
きいほど変化せず、タイミングＴ０におけるトランジス
タＱ₄₃のベース電位、つまり、最大発光時のトランジス
タＱ₁₂ （図２参照）のエミッタ電位をサンプルホールド
することが可能となる。図５中の下部にこれらのトラン
ジスタＱ₄₃，Ｑ₄₄によりサンプルホールドされる概略波
形を示す。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力データに基づいて、前記入力データ
   に対しパルス幅変調と強度変調とを同時に行う発光指令
   信号を生成するパルス幅変調・強度変調信号生成部と、 半導体レーザと、この半導体レーザの光出力をモニタす
   る受光素子と、ともに光・電気負帰還ループを形成して
   前記受光素子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前記パルス幅変調・強度変調信号生
   成部から与えられる発光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誤差増幅部
   と、 前記光・電気負帰還ループの制御電流との和又は差の電
   流により前記半導体レーザの駆動を制御するように生成
   されて前記パルス幅変調・強度変調信号生成部から与え
   られる発光指令信号に応じた駆動電流を前記半導体レー
   ザに順方向電流として流す電流駆動部と、 前記半導体レーザの微分量子効率を検出する微分量子効
   率検出部と、 この微分量子効率検出部の検出結果を記憶するメモリ部
   と、 このメモリ部に記憶された前記微分量子効率検出部の検
   出結果により発光指令信号に対応する電流を設定する加
   算電流設定部と、 タイミング生成部とを備え、 イニシャライズ時に前記タイミング生成部により前記誤
   差増幅部の制御速度より十分に遅いタイミング信号を生
   成し、そのタイミング信号に基づき前記微分量子効率検
   出部により前記半導体レーザの微分量子効率を検出し、
   各タイミングでの検出結果を前記メモリ部に記憶し、こ
   のメモリ部に記憶された検出結果に従い発光指令信号に
   対応する電流を設定するようにしたことを特徴とする半
   導体レーザ制御方法。
2. 【請求項２】 パルス幅変調・強度変調信号生成部と誤
   差増幅部と電流駆動部と微分量子効率検出部とメモリ部
   と加算電流設定部とタイミング生成部とが１チップの集
   積回路に集積化されていることを特徴とする請求項１記
   載の半導体レーザ制御方法。
3. 【請求項３】 タイミング生成部が外付け素子を含み、
   この外付け素子により設定されたタイミング信号を生成
   することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ制御
   方法。
4. 【請求項４】 タイミング生成部が発振回路を含み、こ
   の発振回路の発振出力に基づき複数のタイミング信号を
   生成することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ
   制御方法。
5. 【請求項５】 タイミング生成部が、発振回路と多段の
   ラッチ回路とを含み、前記発振回路の発振出力に基づき
   前記各ラッチ回路がタイミング信号を生成することを特
   徴とする請求項２記載の半導体レーザ制御方法。
6. 【請求項６】 入力データに基づいて、前記入力データ
   に対しパルス幅変調と強度変調とを同時に行う発光指令
   信号を生成するパルス幅変調・強度変調信号生成部と、 半導体レーザと、この半導体レーザの光出力をモニタす
   る受光素子と、ともに光・電気負帰還ループを形成して
   前記受光素子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前記パルス幅変調・強度変調信号生
   成部から与えられる発光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誤差増幅部
   と、 前記光・電気負帰還ループの制御電流との和又は差の電
   流により前記半導体レーザの駆動を制御するように生成
   されて前記パルス幅変調・強度変調信号生成部から与え
   られる発光指令信号に応じた駆動電流を前記半導体レー
   ザに順方向電流を流す電流駆動部と、 前記半導体レーザの微分量子効率を検出する微分量子効
   率検出部と、 イニシャライズ時にこの微分量子効率検出部の検出動作
   を制御するタイミング信号を生成するタイミング生成部
   と、 前記微分量子効率検出部の各タイミングでの検出結果を
   記憶するメモリ部と、 このメモリ部に記憶された前記微分量子効率検出部の検
   出結果により発光指令信号に対応する電流を設定する加
   算電流設定部と、を備えることを特徴とする半導体レー
   ザ制御装置。
7. 【請求項７】 パルス幅変調・強度変調信号生成部と誤
   差増幅部と電流駆動部と微分量子効率検出部とタイミン
   グ生成部とメモリ部と加算電流設定部とが１チップの集
   積回路に集積化されていることを特徴とする請求項６記
   載の半導体レーザ制御装置。
8. 【請求項８】 電流駆動部は、誤差増幅部内における電
   圧シフト部であり、その電圧シフト量を変化させる差動
   回路を含んで光・電気負帰還ループ内に設けられ、 加算電流設定部は、前記発光指令信号に対応する電流が
   最大の時に前記半導体レーザの光出力が所望の最大値と
   なり前記発光指令信号に対応する電流が最小の時に前記
   半導体レーザの光出力が所望の最小値となるように前記
   差動回路の電流を設定するものとし、 イニシャライズ時において、或るタイミングＴ０に半導
   体レーザの光出力を所望の最大値とし前記タイミングＴ
   ０から或る一定時間経過したタイミングＴ１に前記半導
   体レーザの光出力を所望の最小値として、前記タイミン
   グＴ１とこのタイミングＴ１より或る一定時間経過した
   タイミングＴ２との間に前記微分量子効率検出部及び加
   算電流設定部を動作させて電流を設定するようにしたこ
   とを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ制御装置。
9. 【請求項９】 タイミング生成部が外付け素子を含み、
   この外付け素子により設定されたタイミング信号を生成
   することを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ制御
   装置。
10. 【請求項１０】 タイミング生成部が、発振出力に基づ
    き複数のタイミング信号を生成する発振回路を含むこと
    を特徴とする請求項７記載の半導体レーザ制御装置。
11. 【請求項１１】 タイミング生成部が、発振回路と、こ
    の発振回路の発振出力に基づき各々タイミング信号を生
    成する多段のラッチ回路とを含むことを特徴とする請求
    項７記載の半導体レーザ制御装置。