JPH11298077A

JPH11298077A - 半導体レーザ制御装置

Info

Publication number: JPH11298077A
Application number: JP10430898A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ishida; 雅章石田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】既提案例のような全体構成を１チップで実現
する構成を前提として、発光レベル指令信号が最小の場
合に要求されるオフセット電流に関して高精度で安定し
た設定を可能にする。【解決手段】オフセット光設定部３１を含めて全体的
に１チップの集積回路２０に集積化させるが、オフセッ
ト光設定部３１のオフセット電流が集積回路２０外部か
ら与えられるオフセット電流設定信号の電位Ｖoff なる
外部制御電位により制御・調整されるので、所望のオフ
セット電流を簡単かつ適正に設定でき、高精度で安定し
たオフセット電流となる。

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７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、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
８（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８（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 ＝４０ＭＨｚ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】また、特開平５−６７８６６号公報におい
ては、上述した特開平２−２０５０８６号公報に示され
るような構成要素に関して、バイポーラトランジスタを
用いたＩＣ化により光・電気負帰還ループの設計を容易
にした点が記載されている。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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９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７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１０に
示す。図１０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。

【００１９】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１１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１０や図１１
に示すような光出力の波形を得ることができる。図１０
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。

【００２０】このような１ドット内でのパルス幅強度混
合変調方式をより具体的に実現するため、Ｃ‐ＭＯＳデ
バイスを用いたＩＣ化によりパルス幅生成部を簡便に構
成し、バイポーラトランジスタを用いたＩＣ化により光
・電気負帰還ループ部の設計を容易にする提案が、例え
ば特開平６−３４７８５２号公報等によりなされてい
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この特開平
６−３４７８５２号公報に示される方式によっても、光
・電気負帰還ループによる制御量を少なくする電流加算
方式と、１ドット内でのパルス内でのパルス幅強度混合
変調方式とを、より小型で省電力化を達成し得るように
集積度を高めた１チップ化構成で実現し、より高速かつ
高精度に機能させる上では、まだ、改良の余地がある。
特に、プリンタや複写機への適用例において、これらの
機器に要求される機能、例えば、１ドット多値出力を実
現する上で不十分である。

【００２２】この点、特開平９−３２１３７６号公報、
特開平９−２６６３４０号公報、特開平９−２６６３４
１号公報等によれば、１チップ化構成する上で大幅に改
良されており、より高速かつ高精度に機能させる上で有
効である。

【００２３】ところが、このように改良された提案例に
よっても、必ずしも十分ではなく、例えば、全体的な集
積化を図った場合のイニシャライズの高精度化等が詳細
な点まで考慮されておらず、半導体レーザの保護に欠け
る、といったような不都合がある。即ち、発光レベル指
令信号が最小の場合には発光指令電流はゼロとなるが、
半導体レーザの光出力を常時制御する光・電気負帰還ル
ープを動作させるためには、半導体レーザを微少発光さ
せるための電流、即ち、オフセット電流が必要となる
が、どのような所望の最大光量を選択するかによりオフ
セット光量設定（オフセット電流）も大きく変動してし
まい、オフセット電流が適正値から外れてしまうとか、
オフセット電流が安定しないことがある。特に、半導体
レーザやモニタ用の受光素子によっては、そのモニタ電
流の効率が半導体レーザの光出力に比例しない場合や、
同一の半導体レーザ或いはモニタ用の受光素子であって
もモニタ電流の効率が異なる場合には、さらに微調整が
必要な場合があるが、対処できない。さらには、１チッ
プ化構成された集積回路内の基準電位が安定電位でない
場合には、オフセット電流もこの基準電圧の変動の影響
を受けて変化してまう不具合もある。加えて、複写機や
プリンタにおける感光体感度の向上に伴いオフセット光
量をさらに小さくし高精度に設定する必要性が生ずるこ
とも考えられ、高精度で安定したオフセット電流の供給
が要望される。

【００２４】そこで、本発明は、既提案例のような全体
構成を１チップで実現するための構成を前提として、発
光レベル指令信号が最小の場合に要求されるオフセット
電流に関して高精度で安定した設定が可能で、プリンタ
や複写機等における要求をより満足し得る半導体レーザ
制御装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【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、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、共に
光・電気負帰還ループを形成して受光素子から得られる
半導体レーザの光出力に比例した受光信号とパルス幅変
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半導体レーザの順方向電流を制御す
る誤差増幅部と、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半導体レーザの駆動を制御するよ
うに生成されてパルス幅変調・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半導体レー
ザに順方向電流として流す電流駆動部と、電源投入時に
パルス幅変調・強度変調信号生成部が所定の動作状態に
なった時点で動作開始を許容するスタートアップ部と、
外部制御電位により制御・調整されて半導体レーザの光
出力を所望の最小値とするオフセット電流を設定するオ
フセット光設定部とを備え、これらのパルス幅変調・強
度変調信号生成部と誤差増幅部と電流駆動部とスタート
アップ部とオフセット光設定部とが１チップの集積回路
で形成されている。

【００２６】従って、オフセット光設定部を含めて全体
的に１チップの集積回路に集積化されるが、オフセット
光設定部はオフセット電流が外部制御電位により制御・
調整されるので、所望のオフセット電流を簡単かつ適正
に設定でき、高精度で安定した設定が可能となる。

【００２７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザ制御装置のオフセット光設定部は、集積回路
の外部に制御量調整部を有する。従って、集積回路に対
して外付けの制御量調整部を利用することによりオフセ
ット電流の設定を簡単かつ適正に行える。

【００２８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の半導体レーザ制御装置において、集積回路中に、発
光指令信号を発光指令電流に変換するＤ／Ａ変換部と、
Ｄ／Ａ変換部の最大電流を決定するＤ／Ａ電流設定部と
を備え、オフセット光設定部により設定された第１のオ
フセット電流とＤ／Ａ電流設定部により設定された電流
に比例する第２のオフセット電流とにより半導体レーザ
に対するオフセット電流を設定する。

【００２９】従って、基本的には、請求項１又は２記載
の発明と同様にオフセット光設定部によりオフセット電
流を設定し得るが、最終的なオフセット電流の設定はＤ
／Ａ電流設定部により設定された電流に比例する第２の
オフセット電流に連動するので、半導体レーザに対する
受光素子のモニタ電流効率がばらついても最大光量を一
定に設定することでオフセット光量も一定となるような
設定を容易に行える。つまり、オフセット電流の自動設
定と微調整とを簡単に両立させることができる。

【００３０】請求項４記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザ制御装置の集積回路中に、発光指令信号を発
光指令電流に変換するＤ／Ａ変換部と、Ｄ／Ａ変換部の
最大電流を決定するＤ／Ａ電流設定部とを備え、オフセ
ット光設定部は、Ｄ／Ａ電流設定部により設定された電
流に比例するオフセット電流を基準として半導体レーザ
に対するオフセット電流を制御・調整する制御量調整部
を有する。

【００３１】従って、概ねＤ／Ａ電流設定部により設定
された電流に比例するオフセット電流を流すことができ
るとともに、オフセット光設定部によりこのオフセット
電流に連動した微調整が可能となる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図３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７ないし図１１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９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。

【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。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半
導体レーザ駆動部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
成に関して特開平９−３２１３７６号公報、特開平９−
２６６３４０号公報、特開平９−２６６３４１号公報等
に例示される場合と同様に、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ＰＬ
Ｌ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半導体
レーザ駆動部１２側について説明する。まず、光・電気
負帰還ループ３は、ＤＡ１電流設定部（Ｄ／Ａ電流設定
部）２１とＤＡ１部（Ｄ／Ａ変換部）２２と誤差増幅器
及び電流駆動部２３と半導体レーザ（ＬＤ）１と受光素
子（ＰＤ）２とにより構成されている。動作としては、
パルス幅生成部及びデータ変調部１１により変調された
画像データに従ってＤＡ１部２２により生成された発光
指令電流と、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
を誤差増幅器及び電流駆動部２３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、ＤＡ１電流設定部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、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】また、半導体レーザ１の一般的な特性であ
る微分量子効率や発振閾値電流に関しては、用いる半導
体レーザ１の経時変化や温度により大きく変動するた
め、使用する各々の条件における各々の値を検出し、そ
の検出した値に応じて半導体レーザ１が所望の光量とな
る順方向電流で駆動させることで、前述した図８（ｂ）
に示すような波形を得ることができる。このような機能
を実現するブロックが、図１中におけるタイミング生成
部２４、微分量子効率検出部２５、メモリ部２６及び加
算電流設定部２７である。動作の概要としては、タイミ
ング生成部２４において誤差増幅部の制御速度より十分
遅いタイミングを生成し、そのタイミングにおいて微分
量子効率検出部２５により半導体レーザ１の微分量子効
率を検出し、その検出結果をメモリ部２６に記憶させ
る。そして、メモリ部２６に記憶されたデータに従い加
算電流設定部２７の電流値を設定する。

【００３７】このような動作は、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）に或る所定
の時間だけイニシャル動作として行われ、本来の通常動
作時には加算電流設定部２７の電流値を保持する。さら
には、電源投入時若しくは電源オフ時などの電源の過渡
動作時においても安全のため、半導体レーザ１の光出力
は制御されなけれぱならない。このための機能をスター
トアップ部２８により実現する。概略的には、電源電圧
が或る所定電位に達するまでの間は、半導体レーザ１の
光出力を強制的にオフさせ、電源電圧が或る所定電位に
達した後は、半導体レーザ１の光出力のイニシャライズ
の設定が可能な状態とする。本実施の形態の場合には、
特に、パルス幅生成部及びデータ変調部１１が電源投入
時に所定の動作状態になった時点で動作開始を許容する
ように動作する。

【００３８】このような半導体レーザ制御部及び半導体
レーザ駆動部１２に関しても、特開平９−３２１３７６
号公報、特開平９−２６６３４０号公報、特開平９−２
６６３４１号公報等に例示される場合と同様に、バイポ
ーラトランジスタにより１チップ化されている。

【００３９】このような基本的な構成の下、スタートア
ップ部２７中にオフセット光設定部の機能が含まれてい
る。このオフセット光設定部に関する前提的な構成例を
図２を参照して説明する。図２は集積回路２０中でオフ
セット光設定部２９に関連するＤＡ１２２等の構成要
素を抽出して示す概略回路図である。図には、誤差増幅
器及び電流駆動部２３中の誤差アンプ部２３ａが示され
ている。

【００４０】オフセット光設定部２９は、誤差アンプ部
２３ａに対する入力側に設けられた加算器３０により、
受光素子２に対してＤＡ１２２と並列的に接続されたも
ので、集積回路２０内に設けられてベースに基準電圧Ｖ
ref が与えられるトランジスタＱ₁ と、このトランジス
タＱ₁ のベースに接続されて集積回路２０に対して外付
けされた抵抗Ｒ₁ とにより構成されている。ここに、抵
抗Ｒ₁ に生ずる外部制御電位がオフセット電流を規定す
る。即ち、ＤＡ１２２によるＤＡ１電流とオフセット
光設定部２９により設定されたオフセット電流との合計
電流と受光素子２より得られるモニタ電流との比較結果
が誤差アンプ部２３ａに入力されることにより、半導体
レーザ１に流す順方向電流が決定される構成とされてい
る。

【００４１】このような構成において、ＤＡ１２２に
与えられる発光レベル指令信号が最大の場合、ＤＡ１電
流もＤＡ１電流設定部２１で設定された所望の最大電流
となり、半導体レーザ１に対して対応した順方向電流が
流されるので、半導体レーザ１は所望の最大光量で発光
する。一方、発光レベル指令信号が最小の場合、ＤＡ１
電流はＤＡ１電流設定部２１で設定された最小電流、即
ち、ゼロとなる。このとき、前述したように半導体レー
ザ１の光出力を制御する光・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にオフセット電流を流
して微少発光させる必要がある。このため、ＤＡ１電流
がゼロであっても、半導体レーザ１にはオフセット光設
定部２９により設定されたオフセット電流が流れ、微少
発光する。このときのオフセット電流は、集積回路２０
内で生成される基準電圧Ｖref とトランジスタＱ₁ のベ
ース・エミッタ間電位Ｖ_BEとの差電圧と抵抗Ｒ₁ の抵抗
値、即ち、（Ｖref −Ｖ_BE）／Ｒ₁ として決定される。

【００４２】この結果、外付けの抵抗Ｒ₁ の抵抗値を可
変調整することで、オフセット電流を適宜に制御・調整
し得ることになる。即ち、どのような半導体レーザ１を
選択し、どのような最大光量を選択設定するかによりオ
フセット光量の設定も変わるが、抵抗Ｒ₁ が集積回路２
０内に組込まれておらず外付けとされているので、その
抵抗値の調整により、色々な系に自在に対処し得ること
になる。

【００４３】ところが、図２に示す前提的な構成例のよ
うに集積回路２０内部で生成される基準電圧Ｖref を用
いる場合には安定電位でない場合があり、オフセット電
流がその変動の影響を受けて変化してしまう場合があ
る。また、半導体レーザ１或いは受光素子２によっては
モニタ電流の効率が半導体レーザ１の光出力に比例しな
いことや同一の半導体レーザ１或いは受光素子２であっ
てもモニタ電流の効率が異なる場合には、オフセット電
流に関して、さらに微調整が必要とされる。さらには、
複写機やプリンタにおける感光体感度の向上に伴い、オ
フセット光量をさらに小さく高精度に設定する必要性も
生じており、全体として、高精度で安定でしたオフセッ
ト電流の供給が要求される。

【００４４】そこで、これらの点を考慮し、本実施の形
態のオフセット光設定部３１では、図３に示すように改
良されている。トランジスタＱ₁ のベース側に、基準電
圧Ｖref に代えて、オフセット電流設定信号の電位Ｖof
f が外部制御電位外部から抵抗Ｒ₂ を介して＋入力に入
力されるオペアンプ３２が設けられている。このオペア
ンプ３２の−入力には、トランジスタＱ₁ のエミッタ電
位（従って、抵抗Ｒ₁とによりオフセット電流を決定す
る電位が抵抗Ｒ₃ を介して入力されている。即ち、オペ
アンプ３２はオフセット電流設定信号の電位Ｖoff とト
ランジスタＱ₁のエミッタ電位とが等しくなるように制
御する。なお、オペアンプ３２の入出力間には動作安定
のためコンデンサＣ₁ が介在されているが、必須ではな
く、コンデンサＣ₁ がない場合にはオペアンプ３２はバ
ッファとして動作し、同様の機能を発揮する。また、外
付けの抵抗Ｒ₁ と、外部からのオフセット電流設定信号
の入力手段とは制御量調整部３３を構成している。

【００４５】このような構成によれば、大きくは前提的
な構成の場合と同様に、外付けの抵抗Ｒ₁ の抵抗値を可
変調整することで、小さくは、外部から与えるオフセッ
ト電流設定信号の電位Ｖoff を可変調整することで、オ
フセット電流を自在に調整することができる。また、オ
フセット電流設定信号の電位Ｖoff を安定した一定値に
固定すれば、オフセット電流を安定させることもでき
る。よって、本実施の形態によれば、上記の要求に対し
て、簡単に対処でき、高精度で安定したオフセット電流
の供給が可能となる。

【００４６】本発明の第二の実施の形態を図４に基づい
て説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分
は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実
施の形態でも順次同様とする）。本実施の形態は、第一
の実施の形態を変形したもので、集積回路２０内におい
て、抵抗Ｒ₂ とオペアンプ３２の＋入力との間に抵抗Ｒ
₄ を介して所定の内部電圧Ｖ₁ が接続されている。

【００４７】このような構成によれば、オペアンプ３２
の＋入力の電位Ｖopは、内部電位Ｖ₁ とオフセット電流
設定信号の電位Ｖoff とを抵抗Ｒ₂ ，Ｒ₄ で分圧した電
位となる。例えば、Ｒ₂ ＝Ｒ₄ とすれば、Ｖop＝（Ｖ₁
＋Ｖoff ）／２となる。また、抵抗Ｒ₂ を集積回路２０
に対して外付けとすれば、Ｖop＝Ｖ₁ ＋（Ｖoff −Ｖ₁ ）・Ｒ₄ ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₄ ）となり、抵抗Ｒ₂ の抵抗値の設定次第で、オペアンプ３
２の＋入力の電位Ｖopを集積回路２０内の内部電位Ｖ₁
に近い電位に設定した上で微調整することが可能になる
他、逆に、オペアンプ３２の＋入力の電位Ｖopをオフセ
ット電流設定信号の電位Ｖoff に近い電位に設定した上
で微調整可能にすることもでき、自由な対応がとれる。

【００４８】本発明の第三の実施の形態を図５に基づい
て説明する。本実施の形態は、第一の実施の形態を変形
したもので、オフセット光設定部３１は第１のオフセッ
ト電流を規定するものとされ、さらに、ＤＡ１２２が
第２のオフセット電流を規定するものとして、オフセッ
ト電流の制御・調整に関与するように構成されている。
即ち、オフセット電流がオフセット電流設定信号電位と
抵抗Ｒ₁ とにより決まる第１のオフセット電流と、ＤＡ
１電流設定部２１で設定される電流に比例した第２のオ
フセット電流との合計電流で決定される構成とされてい
る。

【００４９】このような構成によれば、第２のオフセッ
ト電流はＤＡ１電流設定部２１で設定された電流に比例
するので、半導体レーザ１の最大設定電流（最大光量）
に比例する電流であり、例えば、この第２のオフセット
電流を最大設定電流の１／１００に設定すれば、対応す
るオフセット光量は、どのような半導体レーザ１を選ん
でも常にその最大光量の１／１００なる光量となる。つ
まり、オフセット電流をＤＡ１電流に連動させることに
より、半導体レーザ１のモニタ電流効率がばらついても
最大光量を可変抵抗ＶＲ₁ で一定に設定することにより
オフセット光量も一定となるように制御・調整すること
ができ、設定が容易な上に、一定のオフセット光量を設
定することもできる。そして、前述した如く、抵抗Ｒ₁
やオフセット電流設定信号電位を利用したオフセット光
設定部３１による第１のオフセット電流を加味してして
いるので、全体として、オフセット電流の自動設定と微
調整とを両立させることができる。

【００５０】本発明の第四の実施の形態を図６に基づい
て説明する。本実施の形態は、第二の実施の形態に準じ
たものであるが、内部電圧Ｖ₁ に代えてＤＡ１電流設定
部２１から出力されるＤＡ１電流に連動した電位が基準
電位として用いられている。このため、オペアンプ３２
の＋入力とＤＡ１電流設定部２１の出力側との間に抵抗
Ｒ₄ が接続されている。

【００５１】このような構成によれば、オペアンプ３２
の＋入力の電位Ｖopは、ＤＡ１電流設定部２１により設
定される電位（つまり、ＤＡ１電流に連動する電位）Ｖ
_DA1と、外部から与えられるオフセット電流設定信号の
電位Ｖoff とを抵抗Ｒ₂ ，Ｒ₄ で分圧した電位となる。
即ち、Ｖop＝Ｖ_DA1＋（Ｖoff −Ｖ_DA1）・Ｒ₄ ／（Ｒ₂ ＋Ｒ
₄ ）となる。この結果、例えば、Ｒ₂ ＝９・Ｒ₄ に設定する
と、Ｖop＝（９／１０）・Ｖ_DA1＋（１／１０）・Ｖoff となり、＋入力の電位Ｖopはその９０％がＤＡ１電流設
定部２１により設定される電位Ｖ_DA1によりきまるが、
オフセット電流設定信号の電位Ｖoff により１０％分微
調整できる構成となる。つまり、概ねはＤＡ１電流に連
動するオフセット電流を流すことができ、このようなオ
フセット電流に連動した微調整を行えるオフセット光設
定部３１となる。

【００５２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、オフセッ
ト光設定部を含めて全体的に１チップの集積回路に集積
化されるが、オフセット光設定部のオフセット電流が集
積回路外部から与えられる外部制御電位により制御・調
整されるように構成したので、所望のオフセット電流を
簡単かつ適正に設定でき、高精度で安定したオフセット
電流の設定を行うことができる。

【００５３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の半導体レーザ制御装置のオフセット光設定部が、集
積回路の外部に制御量調整部を有するので、集積回路に
対して外付けの制御量調整部を利用することによりオフ
セット電流の設定を簡単かつ適正に行うことができる。

【００５４】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は２記載の半導体レーザ制御装置において、集積回路中
に、発光指令信号を発光指令電流に変換するＤ／Ａ変換
部と、Ｄ／Ａ変換部の最大電流を決定するＤ／Ａ電流設
定部とを備え、オフセット光設定部により設定された第
１のオフセット電流とＤ／Ａ電流設定部により設定され
た電流に比例する第２のオフセット電流とにより半導体
レーザに対するオフセット電流を設定するようにしたの
で、基本的には、請求項１又は２記載の発明と同様にオ
フセット光設定部によりオフセット電流を設定し得る
が、最終的なオフセット電流の設定はＤ／Ａ電流設定部
により設定された電流に比例する第２のオフセット電流
に連動するので、半導体レーザに対する受光素子のモニ
タ電流効率がばらついても最大光量を一定に設定するこ
とでオフセット光量も一定となるような設定を容易に行
うことができ、オフセット電流の自動設定と微調整とを
簡単に両立させることができる。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、請求項１記
載の半導体レーザ制御装置の集積回路中に、発光指令信
号を発光指令電流に変換するＤ／Ａ変換部と、Ｄ／Ａ変
換部の最大電流を決定するＤ／Ａ電流設定部とを備え、
オフセット光設定部は、Ｄ／Ａ電流設定部により設定さ
れた電流に比例するオフセット電流を基準として半導体
レーザに対するオフセット電流を制御・調整する制御量
調整部を有するので、概ねＤ／Ａ電流設定部により設定
された電流に比例するオフセット電流を流すことができ
るとともに、オフセット光設定部によりこのオフセット
電流に連動した微調整を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示す概略ブロック
図である。

【図２】前提的なオフセット光設定部を中心に示す概略
回路図である。

【図３】本実施の形態によるオフセット光設定部を中心
に示す概略回路図である。

【図４】本発明の第二の実施の形態によるオフセット光
設定部を中心に示す概略回路図である。

【図５】本発明の第三の実施の形態によるオフセット光
設定部を中心に示す概略回路図である。

【図６】本発明の第四の実施の形態によるオフセット光
設定部を中心に示す概略回路図である。

【図７】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１８】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９】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１０】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１１】その波形生成法を示すタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１半導体レーザ２受光素子３光・電気負帰還ルーブ１１パルス幅変調・強度変調信号生成部２０集積回路２１Ｄ／Ａ電流設定部２２Ｄ／Ａ変換部２３誤差増幅部及び電流駆動部２８スタートアップ部３１オフセット光設定部３３制御量調整部

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年７月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図７】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８】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】その波形生成法を示すタイムチャートであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力データに基づいて、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、共に光・電気負帰還ループを形成して受
光素子から得られる半導体レーザの光出力に比例した受
光信号とパルス幅変調・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半導体レーザの
順方向電流を制御する誤差増幅部と、光・電気負帰還ループの制御電流との和又は差の電流に
より半導体レーザの駆動を制御するように生成されてパ
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半導体レーザに順方向電流と
して流す電流駆動部と、電源投入時にパルス幅変調・強度変調信号生成部が所定
の動作状態になった時点で動作開始を許容するスタート
アップ部と、外部制御電位により制御・調整されて半導体レーザの光
出力を所望の最小値とするオフセット電流を設定するオ
フセット光設定部と、を備え、これらのパルス幅変調・強度変調信号生成部と誤差増幅
部と電流駆動部とスタートアップ部とオフセット光設定
部とが１チップの集積回路で形成されている半導体レー
ザ制御装置。
【請求項２】オフセット光設定部は、集積回路の外部
に制御量調整部を有する請求項１記載の半導体レーザ制
御装置。
【請求項３】集積回路中に、発光指令信号を発光指令
電流に変換するＤ／Ａ変換部と、Ｄ／Ａ変換部の最大電
流を決定するＤ／Ａ電流設定部とを備え、オフセット光
設定部により設定された第１のオフセット電流とＤ／Ａ
電流設定部により設定された電流に比例する第２のオフ
セット電流とにより半導体レーザに対するオフセット電
流を設定する請求項１又は２記載の半導体レーザ制御装
置。
【請求項４】集積回路中に、発光指令信号を発光指令
電流に変換するＤ／Ａ変換部と、Ｄ／Ａ変換部の最大電
流を決定するＤ／Ａ電流設定部とを備え、オフセット光
設定部は、Ｄ／Ａ電流設定部により設定された電流に比
例するオフセット電流を基準として半導体レーザに対す
るオフセット電流を制御・調整する制御量調整部を有す
る請求項１記載の半導体レーザ制御装置。