JPH1197787A

JPH1197787A - 半導体レーザ制御装置

Info

Publication number: JPH1197787A
Application number: JP25950197A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Ema; 秀利江間; Masaaki Ishida; 雅章石田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】集積化された構成の下、電源投入時に電源電
圧が低い場合はもちろん高すぎる場合にも半導体レーザ
のオフ状態を確保して、電源電圧の変動に起因する集積
回路若しくは半導体レーザの保護・安全を図る。【解決手段】電源電圧が所望の電位範囲にある場合の
み動作開始を許容するスタートアップ部３５を備えるこ
とで、電源投入時には電源電圧が所望の電位に達するま
でだけでなく、所望の電位範囲を越える場合にも半導体
レーザ１の光出力をオフさせ、電源電圧が所望の電位範
囲内にある場合のみ半導体レーザ１を稼働状態とするこ
とで、半導体レーザ１を劣化や破損から保護し、かつ、
半導体レーザ１が不用意に発光してしまうような不都合
を回避して安全性を高める。

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（−２
πｆ₀τ₀ )］｝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１７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
１８（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１８（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１９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１７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２
０に示す。図２０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強度変
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２１に示すようにパ
ルス幅をＰＷＭとすると、ＰＷＭ_OUTとＰＷＭ_OUT＋Ｐ
Ｍ_OUT（ＰＭ_OUTは最小パルス幅）、又は、ＰＷＭ_OUT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２０や図２１に示
すような光出力の波形を得ることができる。図２０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】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。

【００２０】

【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
集積度を高めた構成で実現し、より高速かつ高精度で安
全に機能させる上では、まだ、改良の余地がある。特
に、電源投入時等の電源電圧が不安定な状況下で半導体
レーザの保護・安全を図る点や、必要なイニシャル動作
の正確さと安全性とを確保する点で必ずしも十分ではな
い。例えば、電源電圧を考えた場合、電源電圧が所定の
電位に立上るまでの間に半導体レーザに過大な電流が流
れると半導体レーザが劣化や破損してしまうこともあ
る。また、元々、電源電圧はその変動要素が大きいもの
であり、一旦、所定の電位に立上った後でも他からの影
響或いは人体からの影響でパルス的に静電ノイズが載っ
て過大な電圧となることもある。さらには、プリンタ等
においてジャム処理等のために装置カバーを開放させた
ような場合には、半導体レーザが発光したままでそのレ
ーザ光が眼に入るような事態があっては困る。さらに、
別の観点によれば、パルス幅強度混合変調方式を利用す
る場合、パルス幅生成部及びデータ変調部１１により生
成された信号が光・電気負帰還ループ３中に与えられて
半導体レーザ１の光出力制御に供されるが、パルス幅生
成部及びデータ変調部１１が正常に動作していない状態
で制御がかかると必ずしも適正な制御とはならない。

【００２１】そこで、本発明は、半導体レーザのパルス
幅強度混合変調方式を、より高速かつ高精度に機能させ
る上で、電源電圧の変動に伴う弊害を回避し、かつ、電
源投入時のイニシャル動作の正確性を確保することがで
き、半導体レーザの保護及び安全性の高い半導体レーザ
制御装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【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てパルス
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、前記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を
１チップの集積回路で形成するとともに、電源投入時に
電源電圧が所望の電位範囲にある場合のみ動作開始を許
容するスタートアップ部を備える。

【００２３】従って、より小型で省電力化を達成する集
積化された構成の下に、電源投入時には電源電圧が所望
の電位に達するまでだけでなく、所望の電位範囲を越え
る場合にも半導体レーザの光出力をオフさせ、電源電圧
が所望の電位範囲内にある場合のみ半導体レーザを稼働
状態とすることが可能となるので、半導体レーザを劣化
や破損から保護し得るとともに、半導体レーザが不用意
に発光してしまう不都合を回避して安全性を高めること
ができ、さらには、イニシャル動作の正確性も確保でき
る。

【００２４】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スタートアップ部は、電源電圧が
所望の電位範囲内にあることを監視するためのアルゴリ
ズムに基づく論理構成とされている。従って、請求項１
記載の発明のスタートアップ部の機能を簡単に実現し得
る上に、１チップの集積回路内への集積化も容易とな
る。

【００２５】請求項３記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザ制御装置のスタートアップ部は、電源電圧の
電位に関係なく動作を停止させるリセット部を備える。
従って、半導体レーザの発光に関する安全性を高めるこ
とができる。

【００２６】請求項４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て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、前記半導体レ
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を１チップの集積回
路で形成するとともに、電源投入時に前記パルス幅変調
・強度変調信号生成部が所定の動作状態となった時点で
動作開始を許容するスタートアップ部を備える。

【００２７】従って、より小型で省電力化を達成する集
積化された構成の下に、発光指令信号を出力するパルス
幅変調・強度変調信号生成部が電源投入後に所定の動作
状態となった時点から動作開始を許容することで、半導
体レーザが現実に発光するまでのイニシャル動作を正確
かつ安全に行なわせることができる。

【００２８】請求項５記載の発明は、請求項４記載の半
導体レーザ制御装置のスタートアップ部は、ｎ段（ｎ；
自然数）のトランジスタのベース・エミッタ間電圧に基
づきパルス幅変調・強度変調信号生成部が所定の動作状
態となった時点を検出する検出部を備える。従って、パ
ルス幅変調・強度変調信号生成部が動作状態となった後
にスタートアップ部によるスタートアップ可能な構成を
簡単に実現できる上に、温度等の影響も受けずに安定し
て動作させることができる。

【００２９】請求項６記載の発明は、請求項４記載の半
導体レーザ制御装置のスタートアップ部は、電源投入時
にのみ集積回路内の基準電流に過渡的にバイアス電流を
流すバイアス電流生成部を備える。従って、集積回路内
の基準電圧が立上る前の電源電圧の低い状態からスター
トアップ部の動作が可能となり、半導体レーザに対して
適正な制御がかかるため、半導体レーザの保護及び安全
性が向上する。

【００３０】

【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１４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１７ないし図２１で示した部分と同一部分は
同一符号を用いて示す。

【００３１】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１９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（以下、略して半導体レー
ザ制御部及び駆動部という）１２とにより構成されてい
る。

【００３２】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。

【００３３】以下では、半導体レーザ制御部及び駆動部
１２側についての基本的な構成及び動作を説明する。ま
ず、光・電気負帰還ループ３は、パルス幅変調・強度変
調信号生成部を構成する発光指令信号設定部２１及び発
光指令信号生成部２２と、誤差増幅部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
及び受光素子２と、により構成されている。前記発光指
令信号生成部２２は発光指令信号生成部第１構成部（図
面上は「第１発光指令信号生成部」と表記する）２２ａ
と発光指令信号生成部第２構成部（図面上は「第２発光
指令信号生成部」と表記する）２２ｂ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
指令信号生成部第１構成部２２ａ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
幅部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_DA ₁、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。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部２３の出力を所望
の電位分瞬時に電圧シフトする高速電圧シフト部２５と
して構成されている。この高速電圧シフト部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として機能する高速電圧シフト部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、集積回路２０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。

【００３４】また、半導体レーザ１の微分量子効率や発
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、使用する条件にお
ける各々の値を検出し、その検出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することによ
り、図１８（ｂ）に示すような波形を得ることができ
る。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３
２、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において誤差増幅部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。

【００３５】また、電源投入時のような電源電圧等の過
渡時においても、レーザ光からの安全を確保したり、過
大電流が流れることにより発生する半導体レーザ１の破
壊や劣化から保護するためには、この半導体レーザ１の
光出力は制御されなければならない。この機能は図１中
に示すスタートアップ部３５において実現する。その基
本的な動作としては、後述するように、電源電圧が所望
の電位範囲内にない場合には低くても高くても半導体レ
ーザ１の光出力を強制オフとし、電源電圧が所望の電位
範囲内にある場合のみ半導体レーザ１の光出力をイニシ
ャライズ設定が可能な状態とする。

【００３６】つづいて、集積回路２０中に含まれる各部
の構成及び動作について説明する。図２に誤差増幅部２
３及び高速電圧シフト部２５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（発光指令信号生成部第１構成部２２ａ）にあるＰ
Ｄ端子において、この発光指令信号生成部２２中の後述
する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
Ｒ₂ 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
うに高速電圧シフト部２５が構成されている。この電圧
シフトは、トランジスタＱ₆ ，Ｑ₇ 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駆動部１２内部にお
ける電流は、駆動部（駆動トランジスタ７）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（ＬＳＩの開発）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Ｒ₂ ，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
効率を微分量子効率検出部３２で検出し、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１８
（ｂ）に示したような光出力Ｐ_Sが重畳された理想的な
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Ｖ_cc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第
１構成部２２ａ中のトランジスタＱ₁ 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Ｑ₁₀，Ｑ₁₁，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。

【００３７】また、前記集積回路２０中にはタイミング
生成部３１に接続されたスタートアップ部３５とともに
電源部６１が設けられている。

【００３８】図３に電源部６１のバイポーラトランジス
タを用いた回路構成例を示す。この電源部６１において
は、Ｑ₅₁，Ｑ₅₂，Ｒ₂₁，Ｒ₂₂，Ｒ₂₃等で構成される回路
においてバンドギャップリファレンスを形成し、Ｖ＝（Ｑ₅₃のエミッタ電位−Ｖ_be）Ｖ_be；トランジスタのベース・エミッタ間電圧が温度によりなるべく変化しないようにトランジスタの
エミッタ面積や抵抗値を決定する。その結果、トランジ
スタＱ₅₄，Ｑ₅₅，Ｑ₅₆の各々のエミッタ電位が温度特性
を持たない安定電位となる。図３に示す回路構成の場
合、トランジスタＱ₅₄のエミッタに抵抗Ｒ₂₄を接続する
ことにより流れる電流をカレントミラー回路６３で折り
返すことにより集積回路２０内で用いる基準電圧用の電
流源を生成する。つまり、集積回路２０中、後述するス
タートアップ部３５中等におけるVBBP端子をベース電位
とするＰＮＰトランジスタを流れる電流は全て定電流源
となり、VBBN端子をベース電位とするＮＰＮトランジス
タを流れる電流は全て定電流源となり、各々のトランジ
スタのエミッタに接続される抵抗によりその電流値が決
定される。

【００３９】次に、スタートアップ部３５について説明
する。このスタートアップ部３５は、基本的には、電源
投入時に電源電圧Ｖ_ccがまだ所望の電位に達するまでの
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。このためには、例え
ば図４（ｂ）に示すような参照電位生成のアルゴリズム
に従えばよいといえる。即ち、２つの参照電位３，４を
生成し、電源電圧Ｖ_ccが０Ｖから所望の電位となるまで
は、参照電位４＞参照電位３なる関係が成立するが、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位以上
になった場合には、参照電位４＜参照電位４なる関係が成立するようにすれば、これらの参照電位
３，４をスイッチ回路に入力させ、そのスイッチ回路の
出力で半導体レーザ１の光出力を制御できればよいとい
える。ところが、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位を大幅に越
えて大きくなった場合には半導体レーザ１の光出力を制
御することができない不都合がある。電源電圧Ｖ_ccが大
幅に大きくなる事象として、現実に他からの影響或いは
手が触れる等の人体からの影響でパルス的に静電ノイズ
が載って過大な電圧となることがある。

【００４０】そこで、以下に説明する本実施の形態のス
タートアップ部３５では、このような過大な電位に伴う
不都合をも回避し得る参照電位生成のアルゴリズムが導
入されている。即ち、図４（ａ）に示すように、２つの
参照電位１，２を生成するに当たり、電源投入後、電源
電圧Ｖ_ccが０Ｖから所望の電位に達するまでは、参照電位１＞参照電位２なる関係が成立し、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位範囲内に
ある場合には、参照電位１＜参照電位２なる関係が成立し、さらに、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位
範囲を越える場合には、参照電位１＞参照電位２なる関係が成立するようにすることで、電源電圧Ｖ_ccが
所望の電位範囲内にない場合には半導体レーザ１の光出
力を０（オフ）にさせるものである。つまり、電源電圧
Ｖ_ccが所望の電位範囲内にある場合のみ、半導体レーザ
１の動作開始を許容することで稼働状隊にすることを可
能とする。これにより、半導体レーザ１の劣化や破損か
らの保護を図れるとともに、不用意に発光してしまうこ
とに対する安全も確保することができる。

【００４１】そこで、本実施の形態におけるスタートア
ップ部３５の構成例を図５に示す。本実施の形態では、
このスタートアップ部３５は第１のスタートアップ部３
５ａと第２のスタートアップ部３５ｂとにより構成され
ている。なお、第２のスタートアップ部３５ｂに関して
は、発光指令信号設定部２１とともに後述する。第１の
スタートアップ部３５ａに関して、電源投入時におい
て、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位よりも低い場合と、所望
の電位範囲内の場合と、所望の電位範囲を越える場合と
に分けて説明する。

【００４２】まず、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位よりも低
い場合を考える。一般に、集積回路２０内における基準
電位生成部（電源部６１が相当する）においては、電源
電圧Ｖ_ccが所望の電位に比較して十分に小さい場合には
基準電位VBBN，VBBPも生成されない。しかし、このよう
に電源電圧Ｖ_ccが所望の電位よりもかなり低い場合であ
っても半導体レーザ１の保護及び不用意な発光を防止す
るため、半導体レーザ１の光出力を制御するように、電
源電圧Ｖ_ccに比例した電流を生成するための電流源６５
を備える。この電流源６５は電源電圧Ｖ_ccラインとＧＮ
Ｄとの間に接続された抵抗Ｒ₃₆、トランジスタＱ₆₆、抵
抗Ｒ₃₅により構成されている。トランジスタＱ₆₆に流れ
る電流は、電源電圧Ｖ_ccに対してトランジスタ１個と抵
抗とによる構成のため、電源電圧Ｖ_ccがトランジスタ１
個分のベース・エミッタ間電位Ｖ_be（約０．７Ｖ）以上
になれば流れ始める。一般に、半導体レーザ１約１．５
〜２Ｖ程度の電圧がかからないと発光しないため、この
ような電流源６５で、半導体レーザ１制御系の以降の論
理状態を半導体レーザ１がオフになるように設定すれば
よい。この電流源６５で決まる電流は、一対のトランジ
スタＱ₆₁，Ｑ₆₂による差動スイッチ６６に入力される。
ここで、一方のトランジスタＱ₆₂のベース電位は、電源
電圧Ｖ_ccが所望の電位に比較して十分小さい場合には基
準電位VBBNがまだ生成されていないので、電源電圧Ｖ_cc
に等しくなる。他方のトランジスタＱ₆₁のベース電位
は、同じく基準電位VBBPが生成されていないため、ＧＮ
Ｄ電位に等しくなる。この結果、一対のトランジスタＱ
₅₇，Ｑ₅₈により構成される差動スイッチ６７において
は、トランジスタＱ₅₇のベースがＨレベル、トランジス
タＱ₅₈のベース電位がＬレベルとなる論理状態となる。
この論理状態では、半導体レーザ１の光出力は強制オフ
状態となる。

【００４３】つぎに、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位範囲内
にある場合を考える。この所望の電位範囲としては、例
えば、電源電圧Ｖ_ccの設定された標準電位を５．０Ｖと
した場合、４．７５〜５．２５Ｖといった電位範囲が相
当する。このような電位状況では、電源部６１によって
基準電位VBBN，VBBPが既に生成されているものとする。
このとき、差動スイッチ６７におけるトランジスタＱ₅₈
のベース電位トランジスタＱ₅₉のコレクタ電位をエミッ
タフォロワ６８を介して電圧シフトしているだけであ
り、結果として、トランジスタＱ₅₈のベース電位はトラ
ンジスタＱ₅₉のコレクタ電位により決定される。同様
に、トランジスタＱ₅₇のベース電位はトランジスタＱ₆₀
がオフしている限り、トランジタＱ₆₁のコレクタ電位に
より決定される。

【００４４】ここに、トランジスタＱ₅₉のコレクタ電位
は、トランジスタＱ₆₄と抵抗Ｒ₃₃とによる電流源６９の
電流Ｉ₁ と、電源電圧Ｖ_ccとにより決定される。即ち、
トランジスタＱ₅₉のコレクタ電位Ｖ_Q59cは、Ｖ_Q59c＝Ｖ_cc−Ｉ₁ ・Ｒ₃₁ となる。この場合、電流Ｉ₁ は基準電位VBBNをベース電
位とする定電流であるので、Ｉ₁ ・Ｒ₃₁は一定電位であ
る。従って、コレクタ電位Ｖ_Q59cは電源電圧Ｖ_ccの変動
に従い変化する電位を示す。

【００４５】一方、トランジスタＱ₆₁のコレクタ電位Ｖ
_Q61cは、上述の場合と同様であり、トランジスタＱ₆₅と
抵抗Ｒ₃₄とによる電流源７０の電流をＩ₂ とすると、Ｖ_Q61c＝Ｖ_cc−Ｉ₂ ・Ｒ₃₂ となる。この際、抵抗Ｒ₃₄，Ｒ₃₅が抵抗値の等しいもの
であるとして、抵抗Ｒ₃₆を流れる電流を考えると、Ｖ_cc＝（Ｉ₂ ＋Ｉ₃ ）・Ｒ₃₆＋Ｖ_be＋Ｉ₂ ・Ｒ₃₅ なる関係が成立する。式中、Ｉ₃ はトランジスタＱ₆₇と
抵抗Ｒ₃₇とにより構成される電流源（定電流源）を流れ
る電流値であり、Ｖ_beはトランジスタＱ₆₆のベース・エ
ミッタ間電位である。

【００４６】この式によれば、Ｖ_Q61c＝Ｉ₃・Ｒ₃₆＋Ｖ_be＋Ｉ₂・（Ｒ₃₆＋Ｒ₃₅−Ｒ₃₂）なる式に置き換えられる。式中、Ｉ₃・Ｒ₃₆は定電流に
よるため一定電位となり、Ｖ_beもほぼ一定電位と見做し
得るので、Ｒ₃₆＋Ｒ₃₅＝Ｒ₃₂なる関係に抵抗値が設定さ
れていれば、トランジスタＱ₆₁のコレクタ電位Ｖ_Q61cは
電源電圧Ｖ_ccに依存しない一定電位となる。

【００４７】つまり、トランジスタＱ₆₁のコレクタ電位
Ｖ_Q61cは一定電位であり、トランジスタＱ₅₉のコレクタ
電位Ｖ_Q59cは電源電圧Ｖ_ccに従い変化するので、双方の
電位を参照電位１，２の場合のように、適当に設定する
ことにより、電源投入時に電源電圧Ｖ_ccの変化に応じて
トランジスタＱ₅₇，Ｑ₅₈による差動スイッチ６７を適当
なタイミングでスイッチングさせることができる。

【００４８】また、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位範囲を越
えるような場合を考える。電源電圧Ｖ_ccが所望の電位範
囲内にある場合においては、トランジスタＱ₆₁のベース
電位はトランジスタＱ₆₂のベース電位より常に大きいこ
とを前提にしている。ところが、電源電圧Ｖ_ccがさらに
大きくった場合には、トランジスタＱ₆₁のベース電位が
一定であるのに対して、トランジスタＱ₆₂のベース電位
は電源電圧Ｖ_ccに従い変化するので、トランジスタ
Ｑ₆₁，Ｑ₆₂により構成される差動スイッチ６６、トラン
ジスタＱ₅₉，Ｑ₆₀により構成される差動スイッチ７１に
おいては、トランジスタＱ₆₂，Ｑ₆₀がオンする。この結
果、トランジスタＱ₅₇のベース電位はＨレベル、トラン
ジスタＱ₅₈のベース電位はＬレベルとなり、差動スイッ
チ６７は電源電圧Ｖ_ccが所望の電位範囲の状態から反転
して、半導体レーザ１の光出力を強制オフにさせること
ができる。

【００４９】このようにして、電源電圧Ｖ_ccが所望の電
位範囲内にないとき、つまり、トランジスタＱ₅₈がオン
している状態（ベース電位がＬレベルなる論理状態）で
は、このトランジスタＱ₅₈を流れるコレクタ電流はカレ
ントミラー回路７２により反転され、トランジスタ
Ｑ₆₈，Ｑ₆₉がオンとなり、TDSTART端子とPD端子との電
位を強制的にほぼＶ_ccと同電位にする。具体的制御とし
ては、受光素子２のＰＤ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部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、タイミング生成部３１に
おける発振回路を強制的に発振しないように抑制する。
そして、電源電圧Ｖ_ccが所望の電位範囲内になる、つま
り、トランジスタＱ₅₇がオン状態（ベース電位がＬレベ
ルなる論理状態）に変化すると、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。

【００５０】また、本実施の形態のスタートアップ部３
５ａにあっては、リセット部７３を備えている。このリ
セット部７３は差動スイッチ６７のトランジスタＱ₅₇の
ベース側と電源電圧Ｖ_ccラインとの間に接続されて外部
からのリセット信号RESET （Ｌレベル）によりオンする
トランジスタＱ₆₃により構成されている。これにより、
集積回路２０に対してリセット信号RESET （Ｌレベル）
が入力されてトランジスタＱ₆₃がオンすると、トランジ
スタＱ₅₇のベース電位が強制Ｈレベル状態となるので、
前述した論理状態に従い、半導体レーザ１の光出力を強
制オフさせる制御状態となる。即ち、電源電圧Ｖ_ccの状
態（電位）に関係なく強制的にリセット状態とすること
ができる。この結果、例えば本実施の形態が適用される
レーザプリンタ等において、ジャム等が発生して装置カ
バーを開放させるような場合、その検知信号（ドアオー
プン）等に基づきリセット信号RESET （Ｌレベル）を入
力させることで半導体レーザ１の光出力を強制的にオフ
させるリセット状態とすることにより、半導体レーザ１
が発光したままでそのレーザ光が眼に入ってしまうよう
な不都合を回避して安全性を高めることができる。

【００５１】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、発振回路とバイアス回路とラッチ回路とによ
り構成されている。概略的には、発振回路において生成
された発振信号をラッチ回路にてラッチし、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。前記微分量子効率検出部３
２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（図１０参照）。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変換器により構成さ
れている。これらのタイミング生成部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も
各々バイポーラトランジスタにより集積化されて構成さ
れている。

【００５２】そこで、まず、前記タイミング生成部３１
における発振回路３６のバイポーラトランジスタによる
回路構成例を図６に示す。また、イニシャライズ時の概
略動作を図９に示す。トランジスタＱ₂₂のコレクタ電位
Ｖ_Q22cが図９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。

【００５３】まず、図９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。

【００５４】ここに、ラッチ回路３７の最終段の構成を
示す図８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。

【００５５】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６１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Ｑ
₂₂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Ｑ
₂₄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。

【００５６】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。

【００５７】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９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。

【００５８】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９
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。

【００５９】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７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７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。

【００６０】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。

【００６１】ここで、前述したようにトランジスタＱ_X
（図９参照）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９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。

【００６２】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９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。

【００６３】以下、同様にタイミング信号Ｔ２〜Ｔ５を
得ることができる。図９中のＶ_Q37 _(n)E における“ｎ”
は段数１〜５を示す。

【００６４】さらに、図８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。

【００６５】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。

【００６６】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９のタイムチャ
ート、図１０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。

【００６７】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９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。

【００６８】図９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。概略的には、この差分は、最大発光時とオフセット
発光時との間における、抵抗Ｒ_e（図２参照）の端子間
電位の差に相当する。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、この差分は、電
流駆動部２４のトランジスタＱ₉ （図１参照）の２つの
ケースにおけるエミッタ電位の差に依存する。そこで、
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３
４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Ｒ_e の電位変化とすることにより微分
量子効率を検出する。

【００６９】詳細には、図１０に示すようにトランジス
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Ｑ
₄₃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１参照）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９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。

【００７０】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。

【００７１】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（高速電圧シ
フト部２５）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２４（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。

【００７２】ここで、タイミングＴ０に、図９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。

【００７３】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９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。

【００７４】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１７（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。

【００７５】次いで、パルス幅変調・強度変調信号生成
部を構成する発光指令信号設定部２１及び発光指令信号
生成部２２のバイポーラトランジスタを用いた回路構成
例を図１１ないし図１３に示す。図１１が発光指令信号
設定部２１、図１２が発光指令信号生成部第１構成部２
２ａ、図１３が発光指令信号生成部第２構成部２２ｂを
示す。

【００７６】まず、発光指令信号設定部２１の構成とし
ては、発光指令信号生成部２２の電流設定、加算電流設
定部３４の電流設定、発光指令信号生成部２２の電流の
ベース電流補償部、及び、発光指令信号生成部２２の電
流と加算電流設定部３４の電流とを連動させて外部信号
より調整する部分により構成されており、各々の部分を
図１１に示す回路例により説明する。

【００７７】発光指令信号生成部２２の電流設定は、ト
ランジスタＱ₇₁のエミッタ電位と抵抗Ｒ₄₁とにより行わ
れる。ここに、前記発光指令信号生成部２２の電流は、
直流的には受光素子２のモニタ電流であるので、集積回
路２０（ＬＳＩ）内部の温度変化の影響を受けない電流
とする必要がある。つまり、トランジスタＱ₇₁のエミッ
タ電位は安定な電位、抵抗Ｒ₄₁は絶対精度の要求される
抵抗である必要がある。このため、トランジスタＱ₇₁の
エミッタ電位は電源部６１において生成した安定電位で
あるVREF11端子電位をトランジスタＱ₇₂〜Ｑ₇₅等で構成
されるボルテージフォロワ７１を介して生成し、この端
子を外部端子として、抵抗Ｒ₄₁を絶対精度、温度特性の
良好な外付け抵抗若しくは可変抵抗とする。この抵抗Ｒ
₄₁の抵抗値を変化させることにより半導体レーザ１及び
受光素子２の特性に合わせて所望の光出力を得るための
調整が可能となる。

【００７８】加算電流設定部３４の電流設定はトランジ
スタＱ₇₁のエミッタ電位を基準にトランジスタＱ₇₁，Ｑ
₇₆，Ｑ₇₇を介してトランジスタＱ₇₁のエミッタ電位とほ
ぼ同電位となるトランジスタＱ₇₈のエミッタ電位と抵抗
Ｒ₄₂とにより決定し、IDA2SET 端子より加算電流設定部
３４へ出力する。

【００７９】発光指令信号生成部２２の電流のベース電
流補償部は、トランジスタＱ₇₇のベース電流により行
う。発光指令信号生成部２２の電流は、上述したように
外部の受光素子２により決定される絶対電流である必要
があるが、例えば、図１１に示す回路構成例の場合、ト
ランジスタＱ₇₁のエミッタ電位と抵抗Ｒ₄₁とで決定され
る基準電流は絶対電流であるがその電流がカレントミラ
ー回路７２で反転された後、例えば、最下位ビットを流
れる発光指令信号生成部２２での電流は、スイッチトラ
ンジスタＱ₈₁〜Ｑ₈₃を経由してＰＤ端子より電流を引く
ので、これらのスイッチトランジスタを３個経由してい
ることによる各々のトランジスタのベース電流誤差が発
生している。最下位ビットだけでなく、他のビットに関
しても同様である。このようなベース電流誤差を補償す
るためにトランジスタＱ₇₇のベース電流量を調整する。
即ち、基準となる電流に対してその基準電流のベース電
流を経由するスイッチトランジスタの数だけ加算するこ
とにより、ベース電流による誤差電流の発生や特性変化
を抑制することが可能となり、容易にベース電流補償を
行える。

【００８０】次に、発光指令信号生成部２２の電流と加
算電流設定部３４の電流とを連動して外部信号より調整
する部分について説明する。前述したように、発光指令
信号生成部２２の電流設定と加算電流設定部３４の電流
設定とはトランジスタＱ₇₁のエミッタ電位と抵抗Ｒ₄₁と
により決定され、また、上述したようにトランジスタＱ
₇₁のエミッタ電位はVREF11端子電位を入力とし、トラン
ジスタＱ₇₂〜Ｑ₇₅等で構成されるボルテージフォロワ７
１の出力となっているが、VREF11端子と並列に抵抗
Ｒ₄₃，Ｒ₄₄、トランジスタＱ₇₉を介してVCONT 端子より
制御電圧を入力させる構成とすることにより、この制御
電圧によってトランジスタＱ₇₁のエミッタ電位を変化さ
せる。つまり、発光指令信号生成部２２の電流と加算電
流設定部３４の電流とを連動させて増減させることが可
能となる。

【００８１】例えば、抵抗Ｒ₄₄，Ｒ₄₅の抵抗値が等しい
場合には、VREF11端子の電位Ｖ_VREF ₁₁とVCONT 端子の電
位Ｖ_VCONTとは等価となり、トランジスタＱ₇₁のエミッ
タ電位Ｖ_q71eは、Ｖ_q71e＝（Ｖ_VREF11＋Ｖ_VCONT）／２となる。例えば、電位Ｖ_VREF11を１〔Ｖ〕とし、電位Ｖ
_VCONTを０〜２〔Ｖ〕動かすとトランジスタＱ₇₁のエミ
ッタ電位Ｖ_q71eは０．５〔Ｖ〕〜１．５〔Ｖ〕動かすこ
とが可能となる。

【００８２】この場合の概略波形を図１４に示す。一般
に、レーザプリンタ等において、半導体レーザ１の光出
力をポリゴンミラー等を介して感光体等にスキャニング
露光する場合に、感光体までの距離や収束しているビー
ムの形状の変化などの影響により、所謂光学系における
シェーディングを生じ、その補正等をするために半導体
レーザ１の光出力をダイナミックに微調整し、若しく
は、光量設定時に微調整する等のニーズがある。図１４
（ａ）は初期状態の光出力波形を示し、図１４（ｂ）
（ｃ）に動作時において発光指令信号生成部２１の電流
を変化させた場合の光出力波形を示し、何れにしても定
常出力としては制御系（光・電気負帰還ループ３）によ
る制御により所望の光出力が得られるが、立上り時に
は、発光指令信号生成部２２の電流を大きくしただけの
場合には図１４（ｂ）に示すように鈍った波形となる
（発光指令信号生成部２２の電流を小さくしただけの場
合にはオーバシュート波形となってしまう）。この点、
上記のように発光指令信号生成部２２の電流と加算電流
設定部３４の電流とを連動させて増減させた場合には、
図１４（ｃ）に示すようになる。即ち、その加算電流設
定部３４における電流設定値が連動して変化するので、
上述したシェーディング補正や半導体レーザ１の光出力
の微調整時にも、どのようにVCONT 端子を動かしても常
に図１４（ｃ）に示すような制御系の制御量が小さくな
り、理想的な方形波を得ることができる。

【００８３】ところで、発光指令信号生成部２１との関
連で前記第２のスタートアップ部３５ａについて説明す
る。前述したようにトランジスタＱ₇₁のエミッタ電位Ｖ
_q71eはボルテージフォロワ７１の出力であり、その制御
速度や安定性をコンデンサＣ₃ （図１１参照）により制
御しているが、電源投入時、電源がこのボルテージフォ
ロワ５５より高速に立上るとすると、トランジスタＱ₇₁
のエミッタ電位が所望の値となる以前に加算電流設定部
３４の設定等が行われることになり、半導体レーザ１の
光出力が所望の値や光出力とならなくなってしまう可能
性がある。この第２のスタートアップ部３５ａはこの課
題を解決するためのものであり、トランジスタＱ₇₁のエ
ミッタ電位、即ち、VR端子の電位が或る設定電位を超え
る（ボルテージフォロワ５５が動作状態となる）まで、
第１のスタートアップ部３５ａと同様にタイミング生成
部３１を起動せず、トランジスタＱ₇₁のエミッタ電位VR
が或る設定電位に達して初めてタイミング生成部３１を
起動させるように構成されている。なお、図５に示すス
タートアップ部３５においては、第１のスタートアップ
部３５ａと第２のスタートアップ部３５ｂとが論理積
（ＡＮＤ）接続されており、電源電圧Ｖ_ccと発光指令信
号生成部２１の電流との両方がともに所望の状態となっ
て初めてイニシャライズ及び全回路動作を開始させる構
成とされている。

【００８４】次いで、発光指令信号生成部２２について
説明する。この発光指令信号生成部２２は５ビット（ｂ
０，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４）のＤ／Ａ変換器と電流加
算駆動部とを含み、さらに発光指令信号生成部２２用の
電流補償部、オフセット電流生成部を含んで構成されて
いる。発光指令信号生成部２２は、２つの５ビットＤ／
Ａ構成を並列に持ち、前述したような発光指令信号生成
部第１構成部２２ａと発光指令信号生成部第２構成部２
２ｂとにより構成されている。

【００８５】もっとも、発光指令信号生成部第１構成部
２２ａに関して、より高精度に光出力を設定したい場合
であれば、Ｄ／Ａ変換器のビット数を増やしてもよい。
或いは、パルス幅変調を主体とする場合であれば、Ｄ／
Ａ変換器のビット数を減らしてもよい。さらには、その
電流生成法に関しても、図示例のようにカレントミラー
回路による電流の反転と抵抗ラダー型Ｄ／Ａを組合せて
もよい。

【００８６】電流加算駆動部は、電流Ｉ_DA1とその反転
電流とを各々トランジスタＱ₉₁，Ｑ₉₂のエミッタ電位で
検出し、エミッタフォロワＱ₉₃，Ｑ₉₄を介した後、誤差
増幅器２３及び電流駆動部２４中の差動スイッチ４２を
構成するトランジスタＱ₄ ，Ｑ₅ のベースに入力する。
トランジスタＱ₉₁，Ｑ₉₂のエミッタ電位は、Ｉ_DA1の電
流値をそのまま反映した電位となるので、トランジスタ
Ｑ₄ ，Ｑ₅ で構成される差動スイッチ４２においてもオ
ン・オフの２値出力ではなく、Ｄ／Ａを５ビットで構成
した場合には５ビットの電流駆動出力を高速に得ること
ができる。

【００８７】また、発光指令信号生成部第２構成部２２
ｂは、発光指令信号生成部第１構成部２２ａと同じ５ビ
ットＤ／Ａ構成であり、その電流源を決定する最低電位
をDA1GND端子として外部に出力している。これは、通常
はＤ／Ａは発光指令信号生成部第１構成部２２ａのみの
１個で十分であるので、DA1GND端子をオープン（開放）
として５ビット構成の発光指令信号生成部第２構成部２
２ｂを動作させない。若しくは、最初からこの発光指令
信号生成部第２構成部２２ｂはなくてもよいが、受光素
子２のモニタ電流のばらつき範囲が大きい、若しくは、
いろいろな受光素子２（或いは、半導体レーザ１）にも
利用したく発光指令信号生成部２２で設定する電流範囲
が大きい場合には、あまり大きな電流変化を１つのＤ／
Ａで行うと、Ｄ／Ａのリニアリティが悪くなったり、誤
差電流が発生する不都合がある。このため、５ビットの
発光指令信号生成部第２構成部２２ｂが付加されてい
る。さらに、より一層のダイナミックレンジが要求され
る場合には、３個以上のＤ／Ａ構成を並列接続して設け
るようにしてもよい。

【００８８】次に、発光指令信号生成部２２における電
流補償部について説明する。この電流補償部は発光指令
信号設定部２１中の電流補償部（電流Ｉ_DA1から差し引
かれる電流を補償する）とは異なり、電流Ｉ_DA1に加算
される電流を補償する。即ち、トランジスタＱ₁ ，Ｑ₈₃
のベース電流補償である。トランジスタＱ₁ を例に採れ
ば、トランジスタＱ₁ のエミッタ電位はその下の電流源
をなすトランジスタＱ₈₅のコレクタ電流であるので、ト
ランジスタＱ₁ のベース電流はトランジスタＱ₈₅のベー
ス電流とほぼ同じであり、このトランジスタＱ₈₅のベー
ス電流を、トランジスタＱ₈₆，Ｑ₈₇等で構成されるカレ
ントミラー回路８１により反転してＰＤ端子に流し込
む。

【００８９】これらの関係を式を用いて表現すると、Ｎ
ＰＮトランジスタの電流増幅率をｈ_fen 、ＰＮＰトラン
ジスタの電流増幅率をｈ_fep 、トランジスタＱ₁ のベー
ス電流をｉ_b 、トランジスタＱ₈₇のコレクタ電流をＩと
すれば、まず、トランジスタＱ₁ のエミッタ電流ｉ₁
は、ｉ₁ ＝（１＋ｈ_fen ）・ｉ_b であり、トランジスタＱ₈₅のベース電流ｉ₂ は、ｉ₂ ＝（１＋ｈ_fen）・ｉ_b ／ｈ_fen となる。この電流がトランジスタＱ₈₆，Ｑ₈₇等で構成さ
れるカレントミラー回路８１を経ることにより、トラン
ジスタＱ₈₇のコレクタ電流はＩ＝ｉ_b ／｛１＋（２／ｈ_fep）となる。例えば、電流増幅率ｈ_fep が１００であれば、
Ｉ≒０．９８ｉ_b となるので、補償回路がない場合のＩ
_DA1の電流誤差がｉ_b であることを考慮すれば、誤差が
１／５０となることが分かる。トランジスタＱ₈₃のベー
ス電流についても同様の回路構成で補償できる。

【００９０】さらに、補償の精度を上げたい場合であれ
ば、ベース電流補償型カレントミラー回路を用いれば、Ｉ＝ｉ_b ／｛１＋（２／ｈ_fep ²）となるので、誤差をさらに１／５０（ｈ_fep が１００の
場合）に減らすことが可能となる。

【００９１】さらに、オフセット電流生成部について説
明する。前述したように、光・電気負帰還ループ３にお
いてリアルタイムで半導体レーザ１の光出力を制御する
ためにはこの半導体レーザ１の光出力を完全に０にする
ことはできず、このため、半導体レーザ１の光出力の最
小値を設定する必要がある。この最小値の設定を行うの
がオフセット電流生成部であり、図３に示した電源部６
１中、図１３に示した発光指令信号生成部第２構成部２
２ｂ中に、オフセット電流を設定するオフセット電流生
成部８２，８３が各々設けられている。これらのオフセ
ット電流生成部８２，８３により生成されたオフセット
電流は、ＰＤ端子において受光素子２のモニタ電流と比
較され、誤差増幅器２３により半導体レーザ１の順方向
電流となり、その電流値で半導体レーザ１のオフセット
発光量を設定することができる。

【００９２】まず、図３に示す電源部６１におけるオフ
セット電流生成部８２は、トランジスタＱ₅₆と抵抗Ｒ₂₅
とにより構成されており、トランジスタＱ₅₆のエミッタ
電位は電源部６１において説明したように集積回路２０
（ＬＳＩ）内における安定電位であり、抵抗Ｒ₂₅を外付
け抵抗若しくは可変抵抗とすることにより、所望の電流
を外部より設定することができる。

【００９３】また、発光指令信号生成部第２構成部２２
ｂ中のオフセット電流生成部８３は、トランジスタＱ₈₈
と抵抗Ｒ₅₁とで構成されており、抵抗Ｒ₅₁を外付け抵抗
若しくは可変抵抗とすることにより、所望の電流を外部
より設定することができる。トランジスタＱ₈₈のベース
電位は、発光指令信号生成部２２中の電流設定部により
受光素子２のモニタ電流特性等に合わせて予め設定され
た電位であるので、モニタ電流の大きい受光素子の場合
にはこのオフセット電流生成部８３で生成されるオフセ
ット電流も大きくなり、モニタ電流の小さい受光素子の
場合にはこのオフセット電流生成部８３で生成されるオ
フセット電流も小さくなるように、発光指令信号生成部
２２中の電流設定部と連動してオフセット電流を設定す
ることができる。

【００９４】このように、２つのオフセット電流生成部
８２，８３で生成される電流を加算した電流がオフセッ
ト電流となるので、各々の外付け抵抗Ｒ₂₅，Ｒ₅₁を予め
適当な抵抗値に設定することにより、受光素子２のモニ
タ電流特性に合わせてその都度オフセット電流を設定し
なくても、所望の半導体レーザのオフセット発光を得る
ことができ、よって、調整工程を自動化することができ
る。

【００９５】なお、本実施の形態では、５ビットＤ／Ａ
構成を発光指令信号生成部第１構成部２２ａと発光指令
信号生成部第２構成部２２ｂとして２つ別個に設けて発
光指令信号生成部２２を構成したが、これらのＤ／Ａ構
成を共通化させて１つの回路として発光指令信号生成部
として構成するようにしてもよい。

【００９６】本発明の第二の実施の形態を図１５に基づ
いて説明する。前記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（以下の実施
の形態でも同様とする）。前述した図１に基づき、再
度、半導体レーザ１の制御の概要を説明する。画像デー
タは発光指令信号生成部２２に入力されて発光指令信号
電流となる。この発光指令信号電流と、半導体レーザ１
の光出力を検知する受光素子２から得られる半導体レー
ザ１の光出力に比例したモニタ電流とが等しくなるよう
に誤差増幅部２３は半導体レーザ１の光出力を制御す
る。このような構成の場合、少なくとも発光指令信号生
成部２２が所定の動作状態になるまでは半導体レーザ１
の光出力を強制的にオフさせ、その後に動作開始を許容
する必要がある。本実施の形態では、このためのスター
トアップ部３５Ａが設けられている。図１５に示すスタ
ートアップ部３５Ａは、図５に示したスタートアップ部
３５中の差動スイッチ６７を構成するトランジスタ
Ｑ₅₇，Ｑ₅₈の前段部分の構成を変更したものである。ス
タートアップ動作は差動スイッチ１０１を構成するトラ
ンジスタＱ₁₀₃ のコレクタ電位とトランジスタＱ₁₀₄ の
コレクタ電位とにより決定され、トランジスタＱ₁₀₉ ，
Ｑ₁₁₀ によるエミッタフォロワ６８を介して各々トラン
ジスタＱ₅₇，Ｑ₅₈のベースに入力される。ここに、スタ
ートアップ部３５Ａでは、集積回路２０の基準電位とな
るVBBN2 ，VBBP2 は図５中に示したトランジスタＱ₆₆に
よる電流源６５のような回路によって、基準電位が立上
る前であっても基準電流以下の電流を流す構成とする。

【００９７】このような構成による場合、トランジスタ
Ｑ₁₀₃ ，Ｑ₁₀₄ ，Ｑ₁₀₅ により構成される差動スイッチ
１０１は電源電圧Ｖ_ccが低い場合にも動作状態となる。
ここで、トランジスタＱ₁₀₃ ，Ｑ₁₀₄ の各々のコレクタ
に接続されたトランジスタＱ₁₀₂ ，Ｑ₁₀₁ のベース電位
を考える。トランジスタＱ₁₀₂ のベース電位Ｖ
_Q102bは、Ｖ_Q102b ＝３・Ｖ_be＋Ｉ₄・Ｒ₁₀₁ となり、主に３・Ｖ_beの値がトランジスタＱ₁₀₂ のベー
ス電位Ｖ_Q102b を決定する。ここに、３・Ｖ_beの値は、
検出部１０２を構成する３段のトランジスタＱ₁₀ ₆ ，Ｑ
₁₀₇ ，Ｑ₁₀₈ の３段分のベース・エミッタ電位である。
一方、トランジスタＱ₁₀₁ のベース電位Ｖ_Q101b は、Ｖ_Q101b ＝Ｖ_cc−Ｉ₅・Ｒ₁₀₂ となる。即ち、トランジスタＱ₁₀₁ のベース電位Ｖ
_Q101b は電源電圧Ｖ_ccに追従して上昇する。

【００９８】よって、電源電圧Ｖ_ccが低い場合には、主
に３・Ｖ_beの値により決定されるトランジスタＱ₁₀₂ の
ベース電位Ｖ_Q102b が高くなるので、トランジスタＱ
₁₀₄ のコレクタ電位がトランジスタＱ₁₀₃ のコレクタ電
位に比較して低くなり、図５で説明した場合と同様に、
半導体レーザ１を強制オフとさせる。電源電圧Ｖ_ccが所
望の電位に達して発光指令信号生成部２２等が動作可能
な状態になると。

【００９９】Ｖ_Q101b ＞Ｖ_Q102b なる電位関係になるため、トランジスタＱ₁₀₄ のコレク
タ電位がトランジスタＱ₁₀₃ のコレクタ電位に比較して
高くなり、図５で説明した場合と同様に、半導体レーザ
１の光出力動作及び集積回路２０の動作が可能な状態と
なる。

【０１００】ここに、発光指令信号生成部第１構成部２
２ａとの関係について図１２を参照して説明する。図示
の如く、発光指令信号電流と受光素子２から得られるモ
ニタ電流とを比較するPD端子が、ＧＮＤから見てトラン
ジスタＱ₉₅，Ｑ₉₆（ビットｂ０〜ｂ４）、及び、トラン
ジスタＱ₉₁の３段のトランジスタで構成されているもの
とすると、図１５に示すスタートアップ部３５Ａでは少
なくとも検出部１０２において３・Ｖ_be以上の電源電圧
Ｖ_ccがナイトスタートアップ動作をしないので、発光指
令信号生成部第１構成部２２ａにおけるトランジスタＱ
₉₅，Ｑ₉₆，Ｑ₉₁は何れも飽和することなく動作可能とな
る。特に、トランジスタのベース・エミッタ間電位Ｖ_be
は比較的安定しており、一般的に、０．７Ｖ程度として
扱われているが、現実には温度等の影響を受けて変動
し、０．６〜０．９Ｖ程度の値を示すものであり、トラ
ンジスタＱ₉₅，Ｑ₉₆，Ｑ₉₁のように３段の場合にはこの
値の変動も１．８〜２．７Ｖの如く拡大されるが、スタ
ートアップ部３５Ａにおいては同一段数のトランジスタ
Ｑ₁₀₆ ，Ｑ₁₀₇ ，Ｑ₁₀₈ により検出部１０２が構成され
ているので、安定した動作が確保できる。

【０１０１】ちなみに、図１２に示す発光指令信号生成
部第１構成部２２ａにおいて、PD端子までのトランジス
タがｎ段、例えば４段構成の場合であれば、スタートア
ップ部３５Ａにおける検出部１０２のトランジスタもｎ
段、例えば４段構成とすれば、発光指令信号生成部第１
構成部２２ａが動作状態になった後でスタートアップさ
せることができる。

【０１０２】本発明の第三の実施の形態を図１６に基づ
いて説明する。本実施の形態では、図１５に示したスタ
ートアップ部３５Ａにおいて、トランジスタＱ₁₀₃ ，Ｑ
₁₀₄による差動スイッチ１０１のエミッタ側に接続され
て基準電位VBBNにより動作するトランジスタＱ₁₁₁ と抵
抗Ｒ₁₀₃ とによる定電流源１０３に対して、バイアス電
流生成部１０４が並列的に付加されている。このバイア
ス電流生成部１０４はトランジスタＱ₁₁₁ のコレクタ・
エミッタ間にコレクタ・エミッタが並列に接続されたト
ランジスタＱ₁₁₂ と、電源電圧Ｖ_cc・ＧＮＤ間に接続さ
れた抵抗₁₀₄ とダイオードＤとよりなり、抵抗₁₀₄ とダ
イオードＤとの接続中点がトランジスタＱ₁₁₂ のベース
に接続されている。

【０１０３】このような構成において、定電流源１０３
だけの場合には、電源電圧Ｖ_ccが低くて集積回路２０内
の基準電位VBBN等が立上る前には定電流源１０３が動作
しないため差動スイッチ１０１も動作しない。この点、
バイアス電流生成部１０４が付加されているので、電源
投入後、電源電圧Ｖ_ccが低くてもトランジスタＱ₁₁₂の
ベース・エミッタ間電位Ｖ_be（通常は、０．７Ｖ程度）
を越えると、このトランジスタＱ₁₁₂ に電流が流れ始め
る。即ち、差動スイッチ１０１のエミッタ側に電流（バ
イアス電流）が流れて動作状態となる。その後、トラン
ジスタＱ₁₁₂ の電流は電源電圧Ｖ_ccの上昇とともに増加
していくが、集積回路２０内の基準電位VBBNも立上る。
このとき、基準電位VBBNがトランジスタＱ₁₁₂ のベース
電位よりも高くなるように設定しておけば、基準電位VB
BNが立上ってトランジスタＱ₁₁₁がオンする段階ではト
ランジスタＱ₁₁₂ はオフとなる。これにより、基準電位
VBBNが立上った以降は、定電流源１０３によって一定な
る基準電流が差動スイッチ１０１のエミッタ側に流れ
る。つまり、バイアス電流生成部１０４によるバイアス
電流は基準電位VBBNが立上るまでの間、過渡的に流れる
だけである。

【０１０４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、入力デー
タに基づいて、前記入力データに対してパルス幅変調と
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、前記
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を１チップ
の集積回路で形成することで、より小型で省電力化を達
成する集積化された構成の下に、電源投入時に電源電圧
が所望の電位範囲にある場合のみ動作開始を許容するス
タートアップ部を備えるので、電源投入時には電源電圧
が所望の電位に達するまでだけでなく、所望の電位範囲
を越える場合にも半導体レーザの光出力をオフさせ、電
源電圧が所望の電位範囲内にある場合のみ半導体レーザ
を稼働状態とすることができ、半導体レーザを劣化や破
損から保護することができるとともに、半導体レーザが
不用意に発光してしまう不都合を回避して安全性を高め
ることができ、さらには、イニシャル動作の正確性も確
保することができる。

【０１０５】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スタートアップ部は、電源
電圧が所望の電位範囲内にあることを監視するためのア
ルゴリズムに基づく論理構成とされているので、請求項
１記載の発明のスタートアップ部の機能を簡単に実現し
得る上に、１チップの集積回路内への集積化も容易とな
る。

【０１０６】請求項３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スタートアップ部は、電源
電圧の電位に関係なく動作を停止させるリセット部を備
えるので、半導体レーザの発光に関する安全性を高める
ことができる。

【０１０７】請求項４記載の発明によれば、入力データ
に基づいて、前記入力データに対してパルス幅変調と強
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、前記半
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を１チップの
集積回路で形成することで、より小型で省電力化を達成
する集積化された構成の下に、電源投入時に前記パルス
幅変調・強度変調信号生成部が所定の動作状態となった
時点で動作開始を許容するスタートアップ部を備え、発
光指令信号を出力するパルス幅変調・強度変調信号生成
部が電源投入後に所定の動作状態となった時点から動作
開始を許容するようにしたので、半導体レーザが現実に
発光するまでのイニシャル動作を正確かつ安全に行なわ
せることができる。

【０１０８】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の半導体レーザ制御装置のスタートアップ部は、ｎ段
（ｎ；自然数）のトランジスタのベース・エミッタ間電
圧に基づきパルス幅変調・強度変調信号生成部が所定の
動作状態となった時点を検出する検出部を備えるので、
パルス幅変調・強度変調信号生成部が動作状態となった
後にスタートアップ部によるスタートアップ可能な構成
を簡単に実現できる上に、温度等の影響も受けずに安定
して動作させることができる。

【０１０９】請求項６記載の発明によれば、請求項４記
載の半導体レーザ制御装置のスタートアップ部は、電源
投入時にのみ集積回路内の基準電流に過渡的にバイアス
電流を流すバイアス電流生成部を備えるので、集積回路
内の基準電圧が立上る前の電源電圧の低い状態からスタ
ートアップ部の動作が可能となり、半導体レーザに対し
て適正な制御がかかるため、半導体レーザの保護及び安
全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の全体構成を示す概
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】電源部の構成例を示す回路図である。

【図４】参照電位生成のアルゴリズムを示し、（ａ）は
本発明方式、（ｂ）は参考例を示す説明図である。

【図５】スタートアップ部の構成例を示す回路図であ
る。

【図６】発振回路の構成例を示す回路図である。

【図７】ラッチ回路の構成例を示す回路図である。

【図８】最終段のラッチ回路の構成例を示す回路図であ
る。

【図９】各部の波形を示すタイムチャートである。

【図１０】微分量子効率検出部の構成例を示す回路図で
ある。

【図１１】発光指令信号設定部の構成例を示す回路図で
ある。

【図１２】第１の発光指令信号生成部の構成例を示す回
路図である。

【図１３】第２の発光指令信号生成部の構成例を示す回
路図である。

【図１４】連動の有無による光出力制御例を示す特性図
である。

【図１５】本発明の第二の実施の形態の誤差増幅部及び
電圧シフト部の構成例を示す回路図である。

【図１６】本発明の第三の実施の形態の誤差増幅部及び
電圧シフト部の構成例を示す回路図である。

【図１７】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１９】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２０】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２１】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・電気負帰還ループ２０集積回路２１，２２パルス幅変調・強度変調信号生成部２３誤差増幅部２４電流駆動部３５ａスタートアップ部３５Ａスタートアップ部７３リセット部１０２検出部１０４バイアス電流付加部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力データに基づいて、前記入力データ
に対して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、前記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
部と電流駆動部とを１チップの集積回路で形成するとと
もに、電源投入時に電源電圧が所望の電位範囲にある場合のみ
動作開始を許容するスタートアップ部を備えることを特
徴とする半導体レーザ制御装置。
【請求項２】スタートアップ部は、電源電圧が所望の
電位範囲内にあることを監視するためのアルゴリズムに
基づく論理構成と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装置。
【請求項３】スタートアップ部は、電源電圧の電位に
関係なく動作を停止させるリセット部を備えることを特
徴とする請求項１記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項４】入力データに基づいて、前記入力データ
に対して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、前記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
部と電流駆動部とを１チップの集積回路で形成するとと
もに、電源投入時に前記パルス幅変調・強度変調信号生成部が
所定の動作状態となった時点で動作開始を許容するスタ
ートアップ部を備えることを特徴とする半導体レーザ制
御装置。
【請求項５】スタートアップ部は、ｎ段（ｎ；自然
数）のトランジスタのベース・エミッタ間電圧に基づき
パルス幅変調・強度変調信号生成部が所定の動作状態と
なった時点を検出する検出部を備えることを特徴とする
請求項４記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項６】スタートアップ部は、電源投入時にのみ
電源電圧に基づき集積回路内の基準電流に過渡的にバイ
アス電流を流すバイアス電流生成部を備えることを特徴
とする請求項４記載の半導体レーザ制御装置。