JPH10335732A - レーザ用制御回路および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザのしきい値付近からその最大光
出力までの範囲において、高速かつ安定して精度良く発
光強度を制御することのできる制御回路を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 半導体レーザの発光強度の制御用信号を
しきい値付近の発光強度に対応する第１の駆動電流と、
しきい値以上の発光強度としきい値の発光強度の差分に
対応する第２の駆動電流とに分けて、しきい値付近の発
光強度は、第１の設定信号を基準に、モニタ用の受光素
子からのモニタ信号をフィードバックして第１の駆動電
流を制御し、しきい値以上の発光強度は、フィードバッ
ク制御しない第２の駆動電流を加算することにより制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ用制御回路
および制御方法に関し、特に半導体レーザの発光強度の
制御に適用して好適な制御回路および制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ（以下、「ＬＤ」と略
す。）は、コンパクト・ディスクやＤＶＤなどの光ディ
スク装置やレーザ・プリンタ等の光源として幅広い応用
分野を有する。これらの応用分野においては多くの場合
に、光源となるＬＤの発光強度を簡易な回路で高速且つ
精密に制御することが望まれている。

【０００３】このようなＬＤの発光強度の制御方式とし
ては、定電流制御方式（ａｕｔｏｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏ
ｎｔｒｏｌ：ＡＣＣ）と、定パワー制御方式（ａｕｔｏ
ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）の２種類の制御
方式がある。前者のＡＣＣは、ＬＤに供給する電流を一
定値に維持する方式であり、後者のＡＰＣは、ＬＤの光
出力をモニタして一定値に維持する方式である。ＡＣＣ
方式は、モニタ用の受光素子が不要で回路構成も比較的
簡素であるというメリットを有する。

【０００４】しかし、一定の電流に対するＬＤの光出力
は、温度によって大きく変動する。また、長期間に渡る
動作に際しては、ＬＤの劣化によってＬＤのしきい値電
流の上昇や外部微分量子効率の低下が生ずる。これらの
理由から、ＡＣＣ制御方式では、ＬＤの光出力が精密に
制御できない。そこで、光出力をより精密に制御できる
ＡＰＣ制御方式が広く用いられている。

【０００５】図６は、従来のＡＰＣ制御回路を説明する
ための概略構成図である。ＡＰＣ制御方式においては、
ＡＰＣ制御回路１００とレーザ・モジュール２００とが
接続されている。レーザ・モジュール２００は、半導体
レーザ（ＬＤ）２１０とモニタ用のフォト・ダイオード
（ＰＤ）２２０とにより構成されている。ＰＤ２２０
は、通常、ＬＤ２１０の光出射面の裏面側に配置され、
ＬＤの背面から出射される光をモニタし、モニタ電流信
号としてＡＰＣ制御回路１００にフィードバックする。

【０００６】ＡＰＣ制御回路１００は、駆動信号を発生
するパルス発生器１１０、モニタ信号入力回路１１９、
抵抗Ｒｉ、反転増幅器１２０、およびドライブ回路１３
０とにより構成される。レーザ・モジュールのモニタ用
ＰＤ２２０で発生したモニタ電流Ｉｍは、モニタ電流入
力回路１１９を介してフィードバックされる。そして、
モニタ電流Ｉｍは、加算点ブロック１１５において信号
電流Ｉｉと合流し、反転増幅器１２０に入力される。反
転増幅器１２０は、信号電流Ｉｉとモニタ電流Ｉｍとの
差分を増幅して、電圧信号をドライブ回路１３０に供給
する。ドライブ回路１３０は、入力された電圧信号をＬ
Ｄを駆動するための電流信号に変換して、ＬＤ２１０に
供給する。すなわち、従来のＡＰＣ回路１００において
は、信号電流Ｉｉとモニタ電流Ｉｍが等しくなるよう
に、フィードバック・ループが作用する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のＡＰＣ回路は、レーザのしきい値付近で安定した制
御が困難であるという問題を有していた。この問題につ
いて、以下に説明する。

【０００８】図７は、ＬＤの典型的な電流・光出力特性
を表すグラフである。ＬＤがレーザ発振してレーザ光を
出射するためには、一定値以上の駆動電流が必要とされ
る。この駆動電流値は、一般にしきい値電流Ｉｔｈと呼
ばれる。ＬＤに供給される駆動電流がしきい値を越える
と、電流値に応じた強度のレーザ光が出力される。この
発光量に応じてモニタ電流Ｉｍが得られ、ＡＰＣ回路部
にフィードバックされる。

【０００９】しかし、ＬＤを駆動する電流の大きさが零
からしきい値までの間にあるときは、レーザからは、コ
ヒーレントでない自然放出光が出力されるのみであり、
レーザ光は出力されない。したがって、ＡＰＣ回路への
フィードバック信号は、オフ状態に近くなり、ＡＰＣ回
路は不安定な状態となる。このような不安定なしきい値
付近の状態から、所定の発光強度までＬＤを立ち上げよ
うとしても、しきい値付近で駆動電流に対する光出力の
依存性が大きく変化するために、ＡＰＣ制御によるフィ
ードバック・ループが安定するまでに時間がかかる。す
なわち、従来のＡＰＣ制御回路では、しきい値付近の発
光状態から、それ以上の所定の発光強度まで高速にレー
ザを制御することが困難であった。

【００１０】また、このような駆動電流のしきい値電流
Ｉｔｈやその付近の特性は、温度によって変動し、さら
に、個々のＬＤ毎にも異なる。従って、従来のＡＰＣ回
路によって、特性にばらつきを有するＬＤを高速で安定
して制御するためには、電流範囲をしきい値Ｉｔｈより
も十分に高い電流レベルに制限しなければならなかっ
た。しかし、ＬＤを応用する分野によっては、しきい値
レベルから精密かつ高速にＡＰＣ制御する必要がある場
合も多い。例えば、レーザ・プリンタの光源としてＬＤ
を用いる場合は、用紙に実際に印刷しないときには、紙
の上にトナーが載らないようにＬＤの発光レベルをしき
い値付近のもっとも低いレベルまで落とす必要がある。
逆に、印字するためにはその濃淡の階調に応じてＬＤを
発光させ、紙の上にトナーを載せる必要がある。しか
し、前述したようにＬＤのしきい値付近では、その発光
特性が急激に変化するために、ＡＰＣ制御の時定数が大
きくなり、安定して高速動作させることができない。そ
の結果として、印字の品質を維持しつつ印字速度を改善
することが困難であった。

【００１１】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、ＬＤのしきい値付近から
その最大光出力までの範囲において、高速かつ安定して
精度良く発光強度を制御することのできる制御回路を提
供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
第１の制御回路は、半導体レーザにデジタルデータとし
ての制御データに応じた電流を流して、その制御データ
に応じた発光強度でそのレーザを発光させるレーザ用制
御回路であって、前記制御データをＤ／Ａ変換してアナ
ログ信号とするＤ／Ａコンバータと、前記アナログ信号
に応じた駆動電流を前記半導体レーザに加えるドライブ
回路と、この半導体レーザの発光強度をフィードバック
制御用の検出信号として検出する光強度検出回路と、前
記アナログ信号と前記検出信号とを比較して、それらの
差が予め決めた量となるように前記駆動電流を定めて前
記ドライブ回路から前記半導体レーザに加えさせる比較
回路と、を備えることを特徴とするものとして構成され
る。

【００１３】また、本発明による第２の制御回路は、半
導体レーザに外部からの入力データに応じた駆動電流を
流してその入力データに応じた強度で発光させるレーザ
用制御回路であって、第１の制御信号を入力して前記半
導体レーザのしきい値電流に応じた第１の駆動電流を出
力する第１ドライブ回路と、第２の制御信号を入力して
前記入力データに応じた第２の駆動電流を出力する第２
ドライブ回路と、前記第１及び第２の駆動電流を加算し
て前記半導体レーザに加える加算回路と、を備えること
を特徴とするものとして構成される。

【００１４】また、本発明による第３の制御回路は、前
述の第２の制御回路において、前記半導体レーザの発光
強度をフィードバック制御用の検出信号として検出する
検出回路と、第１の設定信号と前記検出信号とを比較し
て、それらの差が予め定めた量となるように第２の設定
信号を出力する比較回路と、前記第２の制御信号と前記
第２の設定信号とを入力して、これらの差分を前記第１
の制御信号として出力する差分出力回路とをさらに備え
ることを特徴とするものとして構成される。

【００１５】また、本発明による第４の制御回路は、前
述の第２または第３の制御回路において、前記入力デー
タはデジタルデータであり、この入力データをＤ／Ａ変
換して前記第２の制御信号とするＤ／Ａコンバータをさ
らに備えることを特徴とするものして構成される。

【００１６】また、本発明による第５の制御回路は、前
述の第４の制御回路において、前記Ｄ／Ａコンバータ
は、前記第１の設定信号を出力する回路を備え、さらに
対象とする前記半導体レーザに応じたしきい値電流を前
記第１ドライブ回路が出力可能とするように前記第１の
設定信号の調節手段を備えるものであることを特徴とす
るものとして構成される。

【００１７】また、本発明による第６の制御回路は、半
導体レーザに外部からの入力データに応じた駆動電流を
流してその入力データに応じた強度で発光させるレーザ
用制御回路であって、前記半導体レーザの発光強度をフ
ィードバック制御用の検出信号として検出する検出回路
と、Ｄ／Ａコンバータを備え、前記Ｄ／Ａコンバータか
ら前記半導体レーザのしきい値の発光強度に対応する第
１の設定信号と、前記外部からの入力データに対応する
第２の制御信号とを出力する設定信号出力回路と、前記
検出回路および前記設定信号出力回路に接続され、前記
検出回路から出力された前記検出信号と、前記設定信号
出力回路から出力された前記第１の設定信号とを比較し
て、その差が予め定められた量になるように前記半導体
レーザの発光強度を制御する第２の設定信号を出力する
比較回路と、前記比較出力回路と前記設定信号出力回路
とに接続され、前記第２の制御信号と前記第２の設定信
号とを入力して、これらの差分を第１の制御信号として
出力する差分出力回路と前記差分出力回路に接続され、
前記第１の制御信号を入力し、前記半導体レーザを駆動
するための第１の駆動電流を出力する第１ドライブ回路
と、前記第２の制御信号を入力し、前記半導体レーザを
駆動するための第２の駆動電流を出力する第２ドライブ
回路と、を備えたものとして構成される。

【００１８】また、本発明による制御方法は、半導体レ
ーザに外部からの入力データに応じた駆動電流を流して
その入力データに応じた所定の強度で発光させるレーザ
用制御方法であって、前記半導体レーザの発光強度を駆
動するための駆動電流を前記半導体レーザのしきい値電
流に対応する第１の駆動電流と、前記外部からの入力デ
ータに対応する第２の駆動電流とに分け、前記第１の駆
動電流は、モニタ用の受光素子からのモニタ信号をフィ
ードバックすることにより制御し、前記第２の駆動電流
は、フィードバック制御することなく前記入力データに
基づいて制御するものとして構成される。

【００１９】また、本発明による第２の制御方法は、半
導体レーザに外部からの入力データに応じた駆動電流を
流してその入力データに応じた所定の強度で発光させる
レーザ用制御方法であって、前記発光装置のしきい値の
発光強度に対応する第１の設定信号と、前記入力データ
に対応する第２の制御信号とを発生し、前記半導体レー
ザの発光量をモニタするモニタ信号を入力し、入力した
前記モニタ信号と、発生した前記第１の設定信号とを比
較して、その差が予め定められた量になるように前記半
導体レーザの発光強度を制御する第２の設定信号を生成
し、前記第２の制御信号と前記第２の設定信号との差分
を第１の制御信号として生成し、前記第１の制御信号に
基づいて前記半導体レーザを駆動するための第１の駆動
電流を出力し、前記第２の設定信号に基づいて前記半導
体レーザを駆動するための第２の駆動電流を出力し、前
記第１の駆動電流と前記第２の駆動電流とを加算して前
記半導体レーザに供給するものとして構成される。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態による制御回路を説明するための概略構成図である。
本発明による第１の制御回路１０には、従来と同様の構
成を有するレーザ・モジュール２００が接続される。制
御回路１０は、設定信号出力回路１１、抵抗Ｒｉ、比較
出力回路１２、ドライブ回路１３、およびモニタ信号入
力回路１９とにより構成される。設定信号出力回路１１
は、ＬＤの発光強度の設定値に対応する信号を発生する
回路であり、Ｄ／Ａコンバータ１１からなる。Ｄ／Ａコ
ンバータ１１には、外部から制御用のデジタル・データ
が入力され、コンバータ１１においてアナログ変換され
て、信号電流Ｉｉが発生する。レーザ・モジュール２０
０のモニタ用ＰＤ２２０で発生したモニタ電流Ｉｍは、
モニタ電流入力回路１９を介してフィードバックされ
る。そして、モニタ電流Ｉｍは、加算点ブロック１５に
おいて、信号電流Ｉｉと合流し、比較出力回路１２に入
力される。比較出力回路１２は、例えば反転増幅器によ
り構成される。反転増幅器１２は、信号電流Ｉｉとモニ
タ電流Ｉｍの差分を増幅して、電圧信号をドライブ回路
１３に出力する。ドライブ回路１３は、入力された電圧
信号をＬＤを駆動するための電流信号に変換して、ＬＤ
２１０に供給する。

【００２１】すなわち、本発明による制御回路１０にお
いては、信号電流Ｉｉとモニタ電流Ｉｍとが等しくなる
ように、フィードバック・ループが作用する。ここで、
本発明による制御回路１０では、信号電流ＩｉをＤ／Ａ
コンバータ１１により発生させるので、外部から入力す
るデジタル・データに対応して、信号電流Ｉｉを精密に
設定することができる。

【００２２】一般的に、レーザ・プリンタなどの光源と
してＬＤを駆動する場合には、図７に示したような発光
特性のしきい値における発光レベルＰｏから、最大出力
Ｐｍａｘまでの範囲で発光強度を制御する必要がある。
また、レーザ・プリンタなどの光源としては、このよう
な光出力の下限値から上限値までの間を所定の間隔で制
御できれば、システムの要求に応じることができる。

【００２３】図１に示した制御回路は、信号電流Ｉｉの
発生源として、Ｄ／Ａコンバータを採用し、外部からの
デジタル信号をＤ／Ａコンバータによってアナログ電流
に変換して信号電流Ｉｉとして反転増幅器に供給する。
このように、Ｄ／Ａコンバータを採用することにより、
信号電流Ｉｉを精密に設定することが可能となり、しき
い値における発光レベルＰｏから、最大出力Ｐ１までの
範囲で発光強度を精密に制御することが容易になる。こ
のような、Ｄ／Ａコンバータからの出力信号の分解能
は、その入力ビット数に応じて決定される。例えば、８
ピットのＤ／Ａコンバータの場合には、その出力は、１
６進数で００〜ＦＦのデジタル・データに対応するアナ
ログ信号であり、最大で２５６階調の発光強度を設定す
ることができる。

【００２４】つぎに、本発明の第２の実施の形態につい
て説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態による
制御回路を説明するための概略構成図である。同図に示
した制御回路は、２つのドライブ回路３３と３４とを有
する。これらの２つのドライブ回路は、それぞれ、ＬＤ
のしきい値より上の領域としきい値よりも下の領域とを
別々に駆動する。このようにして、しきい値から最大発
光強度までの範囲で、ＬＤの発光強度を高速且つ安定し
て制御することができる。

【００２５】図２に示した制御回路３０は、設定信号出
力回路３１、可変抵抗Ｒｖ、抵抗Ｒｉ、比較出力回路３
２、差分出力回路３６、およびドライブ回路３３と３４
とにより構成される。設定信号出力回路３１は、ＬＤの
発光強度の設定値に対応する信号を発生する回路であ
り、例えばＤ／Ａコンバータにより構成される。Ｄ／Ａ
コンバータ３１には、外部から制御用のデジタル・デー
タが入力される。入力されたデジタル・データは、アナ
ログ信号電流Ｉｘに変換され、その電流Ｉｘは、電流成
分Ｉｉと電流成分（Ｉｘ−Ｉｉ）とに分流される。電流
成分Ｉｉは比較出力回路３２に供給され、残りの電流成
分（Ｉｘ−Ｉｉ）は、ドライブ回路３４に供給される。
ここで、電流成分Ｉｉは、ＬＤのしきい値発光強度Ｐｏ
に対応するモニタ電流値Ｉｍに等しい。すなわち、電流
成分Ｉｉは、Ｄ／Ａコンバータ３１から出力されるアナ
ログ出力の下限値に等しい。また、もう一方の電流成分
（Ｉｘ−Ｉｉ）は、所定の発光強度Ｐｘとしきい値発光
強度Ｐｏとの差分に対応する信号成分である。

【００２６】レーザ・モジュールのＰＤ２２０からのモ
ニタ電流Ｉｍは、加算点ブロック３５に供給され、信号
電流Ｉｉとともに比較出力回路３２に入力される。すな
わち、ＡＰＣ制御としては、比較出力回路３２によっ
て、信号電流Ｉｉ＝Ｉｍとなるように自動制御が行われ
る。このような比較出力回路３２は、例えば反転増幅器
により構成することができる。反転増幅器３２の出力に
は、差分出力回路３６が接続されている。差分出力回路
３６には、反転増幅器３２の出力Ｉａｍｐｏｕｔと信号
電流成分（Ｉｘ−Ｉｉ）とが入力され、それらの差分、
すなわち（Ｉａｍｐｏｕｔ−（Ｉｘ−Ｉｉ））が出力さ
れる。この差分出力は、ドライブ回路３３に入力され
て、電流増幅されてＬＤ２１０に供給される。すなわ
ち、ドライブ回路３３からは、しきい値の発光強度Ｐｏ
を目標値として閉ループ制御された駆動電流が出力され
る。

【００２７】一方、Ｄ／Ａコンバータ３１から出力され
たもう一方の信号電流（Ｉｘ−Ｉｉ）は、差分出力回路
３６とともにドライブ回路３４に供給され、電流増幅さ
れてＬＤ２１０に供給される。すなわち、ドライブ回路
３４から出力される駆動電流は、所定の発光強度Ｐｘと
しきい値発光強度Ｐｏとの差分に相当する駆動電流であ
る。以上、説明したように、ＬＤを駆動する電流は、ド
ライブ回路３３の出力とドライブ回路３４の出力とが合
成された電流である。

【００２８】本発明者は、ＬＤの電流・発光特性を詳細
に検討した結果、独自の知見を知得し、その結果として
本発明をするに至った。以下に本発明による制御回路の
作用をＬＤの発光特性とともに説明する。

【００２９】図３（ａ）は、ＬＤの電流発光特性の典型
例として波長０．８５μｍ帯のＡｌＧａＡｓレーザの電
流・光出力特性を温度毎に示したグラフである。前述し
たように、ＬＤに供給する駆動電流を増加していくと、
一定のしきい値Ｉｔｈにおいて自然放出モードから誘導
放出モードに変化してレーザ発振を起こし、その後は電
流の増加に対してほぼ線形にレーザ発光強度が増加す
る。すなわち、ＬＤの発光特性は、そのしきい値Ｐｏよ
りも低い発光領域Ｐｌとしきい値Ｐｏよりも高い発光領
域Ｐｈとに分けることができる。

【００３０】一方、レーザ・プリンタなどの多くの応用
分野においては、しきい値の発光強度Ｐｏと最大発光強
度Ｐｍａｘとの間でＬＤの発光強度を制御する必要があ
る。すなわち、用紙に実際に印刷しないときには、紙の
上にトナーが載らないようにＬＤの発光レベルをしきい
値付近のもっとも低いレベルまで落とす必要がある。逆
に、印字するためにはその濃淡の階調に応じてＬＤを発
光させ、紙の上にトナーを載せる必要がある。

【００３１】図３（ｂ）は、このような用途におけるＬ
Ｄの発光パターンの一例を示したグラフである。同図
（ｂ）に示したように、発光レベルの最低値は、しきい
値レベルＰｏである。そして、発光強度は、その印字の
階調などに応じて、しきい値発光強度Ｐｏと最大発光強
度Ｐｍａｘとの間で制御される。

【００３２】本発明のひとつの特徴は、このようなＬＤ
の発光パターンに対応して、そのしきい値よりも低い発
光領域Ｐｌと、しきい値よりも高い発光領域Ｐｈとを別
々のドライブ回路により制御する点にある。

【００３３】次に、それぞれの発光領域についてさらに
詳細に説明する。まず、しきい値電流Ｉｔｈと、その発
光強度Ｐｘとの、温度に対する依存性を説明する。図３
（ａ）に示したように、しきい値電流Ｉｔｈは、温度の
上昇とともに顕著に増加する。従って、ＡＣＣ（低電流
制御）による制御は、困難である。しかし、しきい値の
発光強度Ｐｏは、温度の上昇に対しても殆ど変化せず、
概ね一定値を維持する。従って、発光強度Ｐｏを維持す
るためには、ＡＣＣ（定電流制御）によらずに、ＡＰＣ
制御を行うことが効果的である。

【００３４】一方、しきい値よりも上の発光領域Ｐｈに
ついてみると、その電流に対する特性は、ほぼ直線であ
り線形性が非常に良好である。また、温度の上昇にとも
なって高電流側にシフトしているが、その傾き、すなわ
ち、微分効率は殆ど変化せず、一定であることが分か
る。従って、この発光領域Ｐｈでは、ＡＰＣによるフィ
ードバック・ループを設けずに、時定数の極めて小さい
直接駆動が可能である。

【００３５】すなわち、本発明による制御回路では、最
低の発光レベルであるＰｏの制御には、ＡＰＣ制御を用
い、温度の変化やＬＤの劣化に伴うＩｔｈの変動に対応
する。一方、Ｐｏよりも高いレベルで発光させるための
差分は、フィードバック・ループを設けずに直接駆動す
る。

【００３６】すなわち、同図（ｂ）に示したような、発
光レベルの最低値Ｐｏは、ＡＰＣ制御により、常にフィ
ードバック制御する。このＰｏに対応するしきい値電流
Ｉｔｈは、同図（ａ）にも示したように、温度の変化に
よって変動し、また、ＬＤの劣化等の要因によっても変
動することがある。しかし、これらの変動は、ＡＰＣ制
御の時定数と比較すると十分に遅く、ゆっくりとした変
化である。従って、このような温度等の変化によるＩｔ
ｈの変動には、ＡＰＣ制御で十分に追随することができ
る。

【００３７】一方、Ｐｏよりも高い発光レベルは、例え
ば同図（ｂ）に示したように矩形パルス状で与えられ、
その立ち上がり・立ち下がりの時定数は、システム全体
の速度を決定する重要な要素である。本発明において
は、このＰｏよりも高いレベルをＡＰＣ制御することな
く、Ｄ／Ａコンバータからの出力信号を介して直接駆動
するので、極めて高速且つ正確に制御することができ
る。

【００３８】本発明によれば、このように、実用上の最
低発光レベルであるＰｏをＡＰＣ制御により維持しつ
つ、それより高い発光レベルは、Ｄ／Ａコンバータを介
して直接駆動することにより、極めて高速且つ高精度で
安定した制御を実現することができる。

【００３９】図４は、本発明の実施例を表す概略構成図
である。同図に示した制御回路５０は、レーザモジュー
ル２００に接続されている。

【００４０】制御回路５０は、設定信号出力回路５１、
比較出力回路５２、差分出力回路５６、ドライブ回路５
３および５４、バッファ回路５８、およぴモニタ信号入
力回路５９とにより構成される。設定信号出力回路５１
としては、例えばＤ／Ａコンバータを用いることができ
る。Ｄ／Ａコンバータ５１には、外部から制御用のデジ
タル・データが入力される。また、Ｄ／Ａコンバータ５
１には、可変抵抗Ｒｖが接続されている。可変抵抗Ｒｖ
は、Ｄ／Ａコンバータ５１から出力されるアナログ信号
の下限値を調整するために設けられている。すなわち、
可変抵抗Ｒｖを調整することによって、Ｄ／Ａコンバー
タ５１から出力されるアナログ信号の下限値は、ＬＤの
しきい値でのモニタ電流Ｉｍに相当する電流に設定され
る。従って、たとえば、制御データとして、１６進数の
００が入力された場合には、ＬＤは、しきい値発光強度
Ｐｏで発光する。このような出力電流の下限値は、レー
ザ・モジュール毎に異なるが、制御回路５０にレーザ・
モジュール２００を接続したときにそれぞれ可変抵抗Ｒ
ｖを調整することによって設定することができる。

【００４１】Ｄ／Ａコンバータ５１に入力されたデジタ
ル・データは、アナログの信号電流Ｉｘに変換され、そ
の電流Ｉｘは、電流成分Ｉｉと電流成分（Ｉｘ−Ｉｉ）
とに分流される。電流成分Ｉｉは比較出力回路５２に供
給され、残りの電流成分（Ｉｘ−Ｉｉ）は、ドライブ回
路５４に供給される。ここで、電流成分Ｉｉは、ＬＤの
しきい値の発光出力Ｐｏでのモニタ電流Ｉｍに等しい。
すなわち、電流成分Ｉｉは、Ｄ／Ａコンバータ５１から
出力されるアナログ出力の下限値に等しい。また、もう
一方の電流成分（Ｉｘ−Ｉｉ）は、所定の発光強度Ｐｘ
としきい値発光強度Ｐｏとの差分に対応する信号成分で
ある。

【００４２】レーザ・モジュールのＰＤ２２０からのモ
ニタ電流Ｉｍは、加算点ブロック５５に供給され、信号
電流Ｉｉとともに比較出力回路５２の一方の入力端に入
力される。すなわち、ＡＰＣ制御としては、信号電流Ｉ
ｉ＝Ｉｍとなるように自動制御が行われる。ここで、比
較出力回路５２としては、例えば、反転増幅器を用いる
ことができる。反転増幅器５２の他方の入力端には、Ｄ
／Ａコンバータ５１から基準信号が供給される。この基
準信号は、例えば２．５ボルトの直流信号とすることが
できる。

【００４３】反転増幅器５２の出力には、差分出力回路
５６が接続されている。差分出力回路５６には、反転増
幅器５２の出力ＩａｍｐｏｕｔとＤ／Ａコンバータ５１
の他方の信号電流成分（Ｉｘ−Ｉｉ）とが入力され、そ
れらの差分、すなわち（Ｉａｍｐｏｕｔ−（Ｉｘ−Ｉ
ｉ））が出力される。この差分出力は、ドライブ回路５
３に入力されて、電流増幅されてＬＤ２１０に供給され
る。すなわち、ドライブ回路５３からは、しきい値の発
光強度Ｐｏを目標値として閉ループ制御された駆動電流
が出力される。

【００４４】一方、Ｄ／Ａコンバータ５１から出力され
たもう一方の信号電流（Ｉｘ−Ｉｉ）は、バッファ５８
を介してドライブ回路５４に供給され、電流増幅されて
ＬＤ２１０に供給される。ここで、バッファ５８を介す
るのは、Ｄ／Ａコンバータ５１の出力インピーダンスと
ドライブ回路５４の入力インピーダンスとを整合させる
ためである。また、バッファ５８の他方の入力端には、
Ｄ／Ａコンバータ５１から基準信号が入力される。この
基準信号は、反転増幅器５１の場合と同様に例えば２．
５ボルトの直流信号とすることができる。

【００４５】ドライブ回路５４から出力される駆動電流
は、所定の発光強度Ｐｘとしきい値発光強度Ｐｏとの差
分に相当する駆動電流である。そして、ＬＤを駆動する
電流は、ドライブ回路５３とドライブ回路５４の出力が
合成された電流である。これらのドライブ回路５３およ
び５４は、電流増幅機能を有する回路構成を採り、その
増幅素子としては、例えば、バイポーラ・トランジスタ
を用いることができる。また、Ｄ／Ａコンバータ５１の
代わりに、他のアナログ信号電流供給手段を用いて信号
電流Ｉｉと信号電流（Ｉｘ−Ｉｉ）を供給するようにし
てもよい。図５（ａ）および（ｂ）は、本発明による制
御回路を用いた場合のＬＤの発光の立ち上がり・立ち下
がり波形を表すグラフである。同図（ａ）から分かるよ
うに本発明による制御回路を用いた場合のＬＤの発光の
立ち上がり時間は、２．３６ｎｓであった。また、同図
（ｂ）から分かるように、本発明による制御回路を用い
た場合の立ち下がり時間は、３．７６ｎｓであった。一
方、図６に示したような従来の制御回路では、立ち上が
り・立ち下がり時間は、それぞれ２０〜１００ｎｓであ
った。

【００４６】すなわち、本発明によれば、ＬＤの駆動速
度を従来の数１０分の１とすることができる。その結果
として、ＬＤの高速動作が可能となる。たとえば、レー
ザ・プリンタやＰＰＣ（普通紙コピー機）の光源として
用いた場合には、ＬＤの高速動作が可能となるために、
スキャン速度を向上させて、高速印刷ができる。また、
ＬＤの立ち上がり・立ち下がり時間が短くなれば、印字
パターンの輪郭がシャープになり、印字品質を向上する
ことができる。

【００４７】一方、本発明によれば、ＣＤ−ＲやＤＶＤ
などの光ディスクへの書き込みの時間を短縮し、書き込
みエラーを低減することも可能となる。

【００４８】さらに、本発明によれば、ＬＤを用いた光
通信の高速化や通信ビット誤り率の低減化を実現するこ
とができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。

【００５０】まず、本発明によれば、ＬＤの発光強度を
そのしきい値発光強度Ｐｏから最大発光強度Ｐｍａｘま
での範囲で高速且つ高精度に制御することができる。し
かも、ＬＤの温度特性によるしきい値の変動や、素子毎
のばらつきにも対応することができる。

【００５１】このように、温度変動に対して許容度が大
きくなるために、例えば、ＬＤを搭載したシステムの温
度変化に対する許容度が拡大し、屋外などでも使用でき
るようになる。

【００５２】また、本発明によれば、従来のＡＰＣ回路
と異なり、しきい値付近の微分効率の変動により動作が
不安定とならない。従って、従来のＡＰＣ回路では使用
することができなかったような、しきい値付近の微分係
数の変動が大きいＬＤでも安定して使用することができ
るようになる。

【００５３】また、本発明によれば、ＬＤに駆動電流を
供給するドライブ回路を２つ設けているので、大電流に
も対応することができる。従って、高出力ＬＤを余裕を
もって駆動することが可能となる。

【００５４】また、本発明によれば、ＬＤの駆動速度を
従来の数１０分の１とすることができる。その結果とし
て、ＬＤの高速動作が可能となる。たとえば、レーザ・
プリンタやＰＰＣ（普通紙コピー機）の光源として用い
た場合には、ＬＤの高速動作が可能となるために、スキ
ャン速度を向上させて、高速印刷ができる。また、ＬＤ
の立ち上がり・立ち下がり時間が短くなれば、印字パタ
ーンの輪郭がシャープになり、印字品質を向上すること
ができる。

【００５５】一方、本発明によれば、ＣＤ−ＲやＤＶＤ
などの光ディスクへの書き込みの時間を短縮し、書き込
みエラーを低減することも可能となる。

【００５６】さらに、本発明によれば、ＬＤを用いた光
通信の高速化や通信ビット誤り率の低減化を実現するこ
とができる。

【００５７】このように、本発明によれば、比較的簡素
な回路構成により、従来よりも飛躍的に高速でしかも安
定したＬＤの発光強度の制御ができるようになり、産業
上のメリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による制御回路を説
明するための概略構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による制御回路を説
明するための概略構成図である。

【図３】（ａ）は、ＬＤの電流発光特性の典型例として
波長０．８５μｍ帯のＡｌＧａＡｓレーザの電流・光出
力特性を温度毎に示したグラフである。（ｂ）は、この
ような用途におけるＬＤの発光パターンの一例を示した
グラフである。

【図４】本発明の実施例を表す概略構成図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明による制御回路
を用いた場合のＬＤの発光の立ち上がり・立ち下がり波
形を表すグラフである。

【図６】従来のＡＰＣ制御回路を説明するための概略構
成図である。

【図７】ＬＤの典型的な電流・光出力特性を表すグラフ
である。

【符号の説明】

１０、３０、５０ 制御回路 １１、３１、５１ 設定信号出力回路 １２、３２、５２ 比較出力回路 １３、３３、３４、５３、５４ ドライブ回路 １５、３５、５５ 加算点ブロック １９、３９、５９ モニタ信号入力回路 ３６、５６ 差分出力回路 ５８ バッファ １００ 制御回路 １１０ パルス発生器 １１５ 加算点ブロック １１９ モニタ信号入力回路 １２０ 反転増幅器 １３０ ドライブ回路 ２００ レーザ・モジュール ２１０ レーザ・ダイオード ２２０ 受光素子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザにデジタルデータとしての制
   御データに応じた電流を流して、その制御データに応じ
   た発光強度でそのレーザを発光させるレーザ用制御回路
   であって、 前記制御データをＤ／Ａ変換してアナログ信号とするＤ
   ／Ａコンバータと、 前記アナログ信号に応じた駆動電流を前記半導体レーザ
   に加えるドライブ回路と、 この半導体レーザの発光強度をフィードバック制御用の
   検出信号として検出する光強度検出回路と、 前記アナログ信号と前記検出信号とを比較して、それら
   の差が予め決めた量となるように前記駆動電流を定めて
   前記ドライブ回路から前記半導体レーザに加えさせる比
   較回路と、 を備えることを特徴とするレーザ用制御回路。
2. 【請求項２】半導体レーザに外部からの入力データに応
   じた駆動電流を流してその入力データに応じた強度で発
   光させるレーザ用制御回路であって、 第１の制御信号を入力して前記半導体レーザのしきい値
   電流に応じた第１の駆動電流を出力する第１ドライブ回
   路と、 第２の制御信号を入力して前記入力データに応じた第２
   の駆動電流を出力する第２ドライブ回路と、 前記第１及び第２の駆動電流を加算して前記半導体レー
   ザに加える加算回路と、 を備えることを特徴とするレーザ用制御回路。
3. 【請求項３】前記半導体レーザの発光強度をフィードバ
   ック制御用の検出信号として検出する検出回路と、 前記検出信号と前記半導体レーザのしきい値電流に応じ
   た第１の制御信号とを比較して、それらの差が予め定め
   た量となるように第２の設定信号を出力する比較回路
   と、 前記第２の制御信号と前記第２の設定信号とを入力し
   て、これらの差分を前記第１の制御信号として出力する
   差分出力回路とをさらに備えることを特徴とする請求項
   ２記載のレーザ用制御回路。
4. 【請求項４】前記入力データはデジタルデータであり、
   この入力データをＤ／Ａ変換して前記第２の制御信号と
   するＤ／Ａコンバータをさらに備えることを特徴とする
   請求項２又は３記載のレーザ用制御回路。
5. 【請求項５】前記Ｄ／Ａコンバータは、前記第１の設定
   信号を出力する回路を備え、さらに対象とする前記半導
   体レーザに応じたしきい値電流を前記第１ドライブ回路
   が出力可能とするように前記第１の設定信号の調節手段
   を備えるものであることを特徴とする請求項４記載のレ
   ーザ用制御回路。
6. 【請求項６】半導体レーザに外部からの入力データに応
   じた駆動電流を流してその入力データに応じた強度で発
   光させるレーザ用制御回路であって、 前記半導体レーザの発光強度をフィードバック制御用の
   検出信号として検出する検出回路と、 Ｄ／Ａコンバータを備え、前記Ｄ／Ａコンバータから前
   記半導体レーザのしきい値の発光強度に対応する第１の
   設定信号と、前記外部からの入力データに対応する第２
   の制御信号とを出力する設定信号出力回路と、 前記検出回路および前記設定信号出力回路に接続され、
   前記検出回路から出力された前記検出信号と、前記設定
   信号出力回路から出力された前記第１の設定信号とを比
   較して、その差が予め定められた量になるように前記半
   導体レーザの発光強度を制御する第２の設定信号を出力
   する比較回路と、 前記比較出力回路と前記設定信号出力回路とに接続さ
   れ、前記第２の制御信号と前記第２の設定信号とを入力
   して、これらの差分を第１の制御信号として出力する差
   分出力回路と前記差分出力回路に接続され、前記第１の
   制御信号を入力し、前記半導体レーザを駆動するための
   第１の駆動電流を出力する第１ドライブ回路と、 前記第２の制御信号を入力し、前記半導体レーザを駆動
   するための第２の駆動電流を出力する第２ドライブ回路
   と、を備えた制御回路。
7. 【請求項７】半導体レーザに外部からの入力データに応
   じた駆動電流を流してその入力データに応じた所定の強
   度で発光させるレーザ用制御方法であって、 前記半導体レーザの発光強度を駆動するための駆動電流
   を前記半導体レーザのしきい値電流に対応する第１の駆
   動電流と、前記外部からの入力データに対応する第２の
   駆動電流とに分け、 前記第１の駆動電流は、モニタ用の受光素子からのモニ
   タ信号をフィードバックすることにより制御し、 前記第２の駆動電流は、フィードバック制御することな
   く前記入力データに基づいて制御する制御方法。
8. 【請求項８】半導体レーザに外部からの入力データに応
   じた駆動電流を流してその入力データに応じた所定の強
   度で発光させるレーザ用制御方法であって、 前記発光装置のしきい値の発光強度に対応する第１の設
   定信号と、前記入力データに対応する第２の制御信号と
   を発生し、 前記半導体レーザの発光量をモニタするモニタ信号を入
   力し、 入力した前記モニタ信号と、発生した前記第１の設定信
   号とを比較して、その差が予め定められた量になるよう
   に前記半導体レーザの発光強度を制御する第２の設定信
   号を生成し、 前記第２の制御信号と前記第２の設定信号との差分を第
   １の制御信号として生成し、 前記第１の制御信号に基づいて前記半導体レーザを駆動
   するための第１の駆動電流を出力し、 前記第２の設定信号に基づいて前記半導体レーザを駆動
   するための第２の駆動電流を出力し、 前記第１の駆動電流と前記第２の駆動電流とを加算して
   前記半導体レーザに供給する、制御方法。