JPH1079547A - 半導体レーザ制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 経時変化に伴う微分量子効率の検出に関し
て、入力データと無関係に検出を行えるようにする。 【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
流値を設定する際、強制発光指令信号と強制消灯指令信
号とが選択的に入力されて入力データに基づく発光指令
信号と択一的な出力を出すスイッチ部７０を付加して半
導体レーザ１を強制発光させることで、入力データとは
無関係に微分量子効率を検出できる。

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１０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
１１（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１１（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１２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１０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
３に示す。図１３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１４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１３や図１４
に示すような光出力の波形を得ることができる。図１３
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１１（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１３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１５に示すような温度による動作電流変化特
性、図１６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１０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１１（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 に対して大きすぎたり小さす
ぎたりして波形を鈍らせ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。特に、微分量子効率検出時には
画像データ（即ち、具体的な発光レベル指令信号）を入
力しなければ検出動作を行えない現状にある。つまり、
入力される画像データと無関係に装置内部のみの処理で
微分量子効率の検出に伴う光出力Ｐ_S の設定を行うこと
ができない不都合がある。

【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、強制発光指令信号と強制
消灯指令信号とが選択的に入力されて入力データに基づ
く発光指令信号と択一的な出力を出すスイッチ部とを備
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
信号又は強制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２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、強制発光指令信号と強制消灯指令信号とが選択的に
入力されて入力データに基づく発光指令信号と択一的な
出力を出すスイッチ部と、タイミング信号に基づき前記
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ために前記誤差増幅部の制御速度よ
り十分に遅い前記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
信号又は強制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２に記
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。特に、スイッチ部を有して
強制発光指令信号と強制消灯指令信号とが選択的に入力
されて入力データに基づく発光指令信号と択一的な出力
が可能で、微分量子効率の検出時に半導体レーザを強制
的に発光させたり消灯させることができるので、入力デ
ータによらず、内部処理のみで微分量子効率を検出して
最適な光出力の設定を行うことができる。

【００２６】特に、請求項３記載の発明のように、パル
ス幅変調・強度変調信号生成部が、入力クロックと同一
周波数で位相が一定量ずつ異なる複数個のパルスを生成
するパルス生成手段と、入力データをパルス幅変調デー
タとパワー変調データとに変換するデータ変換手段と、
前記パルス生成手段により生成されたパルスより前記パ
ルス幅変調データに基づきパルス幅変調した複数個のパ
ルスを生成するパルス幅変調手段とを有する構成とすれ
ば、簡単な構成で入力データと無関係に微分量子効率の
検出を行うことができる。

【００２７】また、請求項４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
部とスイッチ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。

【００２８】

【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９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１０ないし図１６で示した部分と同一部分は同一
符号を用いて示す。

【００２９】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１２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１０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_{DA 2} 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。

【００３０】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、画像データ（入力データ）に基づい
て、この画像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、具体的には、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。

【００３１】まず、半導体レーザ制御部及び駆動部１２
側について説明する。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２２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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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６に示す。トランジスタＱ₂₂
のコレクタ電位Ｖ_Q22Cが図６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。

【００３８】まず、図６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。

【００３９】ここに、ラッチ回路３７の最終段の構成を
示す図５を参照すると、VPTDSTART端子の電位は０Ｖ、
トランジスタＱ₃₁のコレクタ電流は０Ａである。この結
果、トランジスタＱ₂₃のベース電位はＶ_ccであり、トラ
ンジスタＱ₂₃のコレクタ電流は０Ａとなる。また、差動
スイッチ４６において、トランジスタＱ₂₃のコレクタ電
流が０Ａであり、トランジスタＱ₂₅のベース電位がＬレ
ベルであるので、トランジスタＱ₂₂のコレクタ電流は０
Ａとなる。

【００４０】その後、発振開始タイミング信号ＴＳ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、TDSTART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Ｑ₂₆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。

【００４１】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。

【００４２】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６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。

【００４３】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６
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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】ここで、前述したようにトランジスタＱ_X
（図６参照）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６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。

【００４７】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６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。

【００４８】以下、同様にタイミング信号Ｔ２〜Ｔ５を
得ることができる。図６中のＶ_{Q37 (n)E} における“ｎ”
は段数１〜５を示す。

【００４９】さらに、図５に示すように、タイミング信
号Ｔ５を生成する最終段のラッチ回路４８_L において、
トランジスタＱ₃₁のコレクタ電流は発振回路３６中のト
ランジスタＱ₂₃のベースに与えられており、発振回路３
６を駆動させる電圧とされている。従って、トランジス
タＱ₂₃のベース電位はタイミングＴＳからタイミングＴ
５までの間、供給される。しかし、トランジスタＱ₂₃の
ベース電位は、タイミングＴ５となる瞬間にトランジス
タＱ₂₃のコレクタ電流をオフさせると供給されない。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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６のタイムチャ
ート、図７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。

【００５３】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６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。

【００５４】図６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、電流駆動部２４が動作していな
い状態においては誤差増幅器２３における電位出力であ
るので、最大発光時のこの電位をサンプルホールドし、
タイミングＴ０においては０であった電流駆動部２４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、電流駆動部２４における電位変化と
することにより微分量子効率を検出する。

【００５５】詳細には、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
電流駆動部２４の電位をサンプルホールドすることが可
能となる。図６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。

【００５６】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。

【００５７】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２４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。

【００５８】ここで、タイミングＴ０に、図６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流駆動部２３
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Ｔ１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。

【００５９】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６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。

【００６０】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１１（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。

【００６１】次に、パルス幅生成部及びデータ変調部１
１側について説明する。いま、本実施の形態では、パル
ス幅変調を３ビット（即ち、８値）、強度変調を５ビッ
ト（即ち、３２値）組合せ、合計で１ドット当たり８ビ
ット階調（２５６値）を出力し得る構成例とする。この
パルス幅生成部及びデータ変調部１１は、大別すると、
パルス幅変調・強度変調信号生成部６１と、発光指令信
号生成部２２とにより構成されている。パルス幅変調・
強度変調信号生成部６１は概略的には、タイミングの異
なる複数のパルスを生成するＰＬＬ構成のパルス生成部
６２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６３と、このデータ変換部６３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６４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。

【００６２】まず、発光指令信号生成部２２は図８
（ａ）に示すように強度変調データＰＭDATAに従って電
流Ｉ_DA，／Ｉ_DA（信号に関して“／”は反転を示す；以
下、同様とする）に変換するＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）６
５と、パルス１に応じて電流Ｉ_DAを流すか否かをスイッ
チングする差動スイッチ６６ａと、パルス２に応じて電
流Ｉ_DAを流すか否かをスイッチングする差動スイッチ６
６ｂと、差動スイッチ６６ａ，６６ｂのスイッチングに
従い流れる電流／Ｉ_DA，Ｉ_DAを各々電圧／Ｖ_DA，Ｖ_DAに
変換する電流‐電圧変換器（Ｉ‐Ｖ）６７ａ，６７ｂと
により構成されている。ここに、／Ｉ_DA＋Ｉ_DA＝Ｉ_full
なる関係がある。電流値Ｉ_fullは強度変調データＰＭDA
TAを全てオンにした場合の電流Ｉ_DAの値であり、発光指
令信号の最大電流値である。差動スイッチ６６ａ，６６
ｂはパルス１，２がともにＨレベルの場合にはＩ_DA1 ＝
Ｉ_fullとなるように機能する。パルス１がＬレベルでパ
ルス２がＨレベルの場合にはＩ_DA1 ＝Ｉ_DAとなる。パル
ス１，２がともにＬレベルの場合にはＩ_DA1 ＝０とな
る。つまり、パルス１，２がともにＨレベルの場合には
Ｉ_DAの値（即ち、強度変調データＰＭDATA）によらず、
Ｉ_DA1 ＝Ｉ_fullとなる。よって、強度変調データＰＭDA
TAは１画素クロックの間、一定でよい。この結果、半導
体レーザ制御装置の高速化を図る点で有利となる。この
ような差動スイッチ６６ａ，６６ｂは例えば各々一対ず
つのバイポーラトランジスタを差動接続することにより
構成される。よって、発光指令信号生成部２２自体もバ
イポーラトランジスタ構成として容易に集積化されて形
成される。

【００６３】ちなみに、１ドット当たり８ビット（＝２
５６値）の階調数を出力し、強度変調を５ビット（＝３
２値）とする場合、５ビットのＤ／Ａ変換器６５に流れ
る最大電流値は３１Ｉ₀ （Ｉ₀ は最下位ビットに流れる
電流値）であり、これを所望の最大電流値Ｉ_fullに設定
すると、図８（ａ）に示す構成においては、３１／２５
６と３２／２５６とが同じ出力となる。同様に、６３／
２５６と６４／２５６、〜、２２３／２５６と２２４／
２５６が各々同一となり、１ドット当たりの階調数が実
質的に２４９値階調となってしまう。この点を考慮した
場合には、図８（ｂ）に示すように、差動スイッチ６６
ａに対して常に電流Ｉ₀ を流す定電流源６８を付加し、
Ｉ_full＝３２Ｉ₀ となるように設定すれば、０／２５６
〜２５５／２５６なる２５６値階調を実現でき、階調数
が増加する。もっとも、画像データが全てＨレベルとな
っても半導体レーザ３はフル点灯（＝２５６／２５６）
しない（図８（ａ）では、２５５／２５６と２５６／２
５６とが同一であるためフル点灯する）。この点をも考
慮した場合には、図８（ｃ）に示すように、フルオン信
号（画像データが全てＨレベルの場合のみＨレベルとな
る信号）により電流Ｉ₀ を差動スイッチ６６ａ又は６６
ｂに流す差動スイッチ６９を付加すればよい。これによ
れば、フルオン信号生成のための素子数は増加するもの
の、０／２５６〜２５４／２５６、２５６／２５６の２
５６値階調が実現できる。よって、発光指令信号生成部
２２に関しては、目的に応じて、図８（ａ）〜（ｃ）の
何れかの構成を用いればよい。

【００６４】一方、パルス幅生成部及びデータ変調部１
１中のパルス幅変調・強度変調信号生成部６１は、前述
したように、データ変換手段となるデータ変換部６３
と、パルス幅変調手段となるパルス幅変調部６４と、Ｐ
ＬＬ構成でパルス生成手段となるパルス生成発振器６２
とにより構成されている。前記パルス生成発振器６２は
図９に示すように入力クロックに同期した内部クロック
Ｘ₀ と、このＸ₀ と同一周波数（即ち、入力クロックと
も同一周波数）で一定量ずつの位相差を持つパルスＸ
₁ ，Ｘ₂ ，〜，Ｘ_k の位相差が異なる複数個のパルスを
生成するもので、特に図示しないが、位相周波数比較器
と電圧制御発振器とローパスフィルタとにより構成され
ている。パルス幅変調を８値とした場合、ｋ＝７であ
り、各々のパルスの位相差は１／８・Ｔ_CK（Ｔ_CKは入力
クロックの周期）である。また、Ｘ₄ ，Ｘ₅ ，Ｘ₆ ，Ｘ
₇ は、各々Ｘ₀ ，Ｘ₁ ，Ｘ₂ ，Ｘ₃ の反転信号である。
ここに、入力クロックに同期させるパルスは何れであっ
てもよく、図９ではパルスＸ₆ を同期させており、入力
クロックから１／４周期遅れたＸ₀ を内部クロックとし
ている。

【００６５】前記データ変換部６３は入力された画像デ
ータをパルス幅変調データＰＷＭDATAと強度変調データ
ＰＭDATAとに変換する機能を持つ。前記パルス幅変調部
６４は前記データ変換部６３から得られるパルス幅変調
データＰＷＭDATAに従ってパルス生成発振器６２の出力
Ｘ_k 中から２つのパルスＰＷ_on，ＰＷ_daを生成する機能
を持つ。

【００６６】さらに、本実施の形態では、図１に示すよ
うに、発光指令信号生成部２２と誤差増幅器２３及び電
流駆動部２４との間にスイッチ部７０が介在されてい
る。このスイッチ部７０も具体的にはバイポーラトラン
ジスタ構成よりなるもので、前記タイミング生成部３１
から与えられる強制発光指令信号や強制消灯指令信号に
応じて、前記発光指令信号生成部２２から誤差増幅器２
３や電流駆動部２４に与えられる発光指令信号に代えて
半導体レーザ１に与えられ、画像データに無関係に半導
体レーザ１を強制的に発光又は消灯させるように切り換
えられる。

【００６７】より具体的な構成例として、発光指令信号
生成部２２が例えば図８（ａ）に準じた構成の場合であ
れば、図２に示すように構成される。即ち、パルス１，
２に応じて電流Ｉ又は／Ｉが流れるスイッチ６６ａ，６
６ｂに対して、強制発光指令信号によりスイッチングさ
れるスイッチ７０ａと、強制消灯指令信号によりスイッ
チングされるスイッチ７０ｂとが、発光指令信号の入力
ラインに接続されている。ここに、強制発光指令信号や
強制消灯指令信号はタイミング生成部３１によって適宜
生成出力される。本実施の形態では、前述したような半
導体レーザ１の微分量子効率の検出動作を行う際、適
宜、強制発光指令信号や強制消灯指令信号が生成され
る。これにより、画像データ（パルス１，２）に拘ら
ず、半導体レーザ１を強制的に発光又は消灯させること
ができる構成とされている。ただし、強制発光指令信号
と強制消灯指令信号とが同時にＨレベルになることはな
いものとする。また、これらのスイッチ６６ａ，６６
ｂ，７０ａ，７０ｂは何れもトランジスタ対のエミッタ
同士を接続したＥＣＬ（エミッタカップルドロジック）
としてバイポーラ構成されている。

【００６８】このような構成によれば、前述した微分量
子効率の検出時に、強制消灯指令信号をＨレベルにする
と、スイッチ７０ｂがスイッチ６６ａ，６６ｂ経由の発
光指令信号の経路を断つので、画像データに関係なく半
導体レーザ１が強制的にオフ状態とされる。その後、強
制消灯指令信号をＬレベルとし、強制発光指令信号をＨ
レベルにすると、スイッチ７０ａがスイッチ６６ａ，６
６ｂ経由の発光指令信号の経路が強制発光指令信号によ
る最大発光状態に切り換えられるので、画像データに関
係なく半導体レーザ１が強制的に最大発光する。これに
より、図７等で説明した半導体レーザ１の微分量子効率
の検出動作を、画像データに関係なく、半導体レーザ制
御装置１３単独で任意に行うことができる。

【００６９】なお、本実施の形態では、発光指令信号生
成部２２と誤差増幅器２３との間にスイッチ部７０を設
けたが、発光指令信号生成部２２とパルス幅変調部６４
との間にスイッチ部７０を設けるようにしてもよい。

【００７０】また、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。

【００７１】

【発明の効果】請求項１及び２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、強制発光指令信号と強制消灯指令信号と
が選択的に入力されて入力データに基づく発光指令信号
と択一的な出力を出すスイッチ部と、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
より発光指令信号又は強制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又は強制発光指令
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
ができる上に、微分量子効率の検出を入力データと無関
係に行うことができ、よって、内部処理のみで微分量子
効率を検出して最適な光出力の設定を行うことができ
る。特に、請求項４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スイ
ッチ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を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。

【００７２】また、請求項３記載の発明によれば、パル
ス幅変調・強度変調信号生成部を、入力クロックと同一
周波数で位相が一定量ずつ異なる複数個のパルスを生成
するパルス生成手段と、入力された画像データをパルス
幅変調データとパワー変調データとに変換するデータ変
換手段と、前記パルス生成手段により生成されたパルス
より前記パルス幅変調データに基づきパルス幅変調した
複数個のパルスを生成するパルス幅変調手段とを有する
構成としているので、簡単な構成で入力データと無関係
に微分量子効率の検出を行うことができる。

【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】発光指令信号生成部及びスイッチ部の構成例を
示すブロック図である。

【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】最終段のラッチ回路の構成例を示す回路図であ
る。

【図６】各部の波形を示すタイムチャートである。

【図７】微分量子効率検出部の構成例を示す回路図であ
る。

【図８】発光指令信号生成部の構成例を示すブロック図
である。

【図９】パルス幅生成方法を説明するためのタイムチャ
ートである。

【図１０】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１１】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１２】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１３】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１４】その波形生成法を示すタイムチャートであ
る。

【図１５】温度による動作電流変化特性を示す特性図で
ある。

【図１６】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 ７０ スイッチ部

Claims (4)

【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、 強制発光指令信号と強制消灯指令信号とが選択的に入力
   されて入力データに基づく発光指令信号と択一的な出力
   を出すスイッチ部とを備え、 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又
   は強制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】 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、 強制発光指令信号と強制消灯指令信号とが選択的に入力
   されて入力データに基づく発光指令信号と択一的な出力
   を出すスイッチ部と、 タイミング信号に基づき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
   を制御するために前記誤差増幅部の制御速度より十分に
   遅い前記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又は強制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。
3. 【請求項３】 パルス幅変調・強度変調信号生成部は、
   入力クロックと同一周波数で位相が一定量ずつ異なる複
   数個のパルスを生成するパルス生成手段と、入力データ
   をパルス幅変調データとパワー変調データとに変換する
   データ変換手段と、前記パルス生成手段により生成され
   たパルスより前記パルス幅変調データに基づきパルス幅
   変調した複数個のパルスを生成するパルス幅変調手段と
   を有することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ
   制御装置。
4. 【請求項４】 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スイッチ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チップの集積回路として構成されていることを特徴と
   する請求項２又は３記載の半導体レーザ制御装置。