JPS62237786A - 半導体レ−ザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザ駆動装置に係り、特にバイア
ス電流を印加するレーザの駆動装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、半導体レーザの周波数特性向上のために非発光時
にもバイアス電流を印加する方法がとられることは良く
知られている。またレーザが連続して点灯された時とパ
ルス状に点灯されたときとで、熱履歴によって光量が異
なってしまう現象、いわゆる熱特性を改善する意味から
もバイアス電流を印加するのが望ましい。そして、その
効果を大きいものとならしめるためには、できるだけ発
光しきい値近傍のバイアス電流を印加するのが望ましい
。

このような従来のバイアス電流駆動装置には第４図に示
すものが提案されている。

第４図は従来のバイアス電流制御装置の一例を説明する
回路図である。以下、構造ならびに動作について説明す
る。

端子３１にバイアス電流を印加するための信号ＢＩＡＳ
が入力すると、抵抗器３２で決定されるバイアス電流が
半導体レーザ３３に印加される。

その上で、レーザ点灯させるレーザオン信号ＬＯＮが端
子３４に入力すると、抵抗器３５で決定される発光のた
めの電流がバイアス電流に加算されて半導体レーザ３３
に入力され、半導体レーザ３３が発光を開始する。

ところで、半導体レーザ３３は周囲の温度によって発光
開始の電流値、すなわち、スレッショルド電流が変わる
こともよく知られている。従って、第４図に示すような
固定電流でバイアスを印加するためには、半導体レーザ
３３を一定温度に制御するか、あるいは半導体レーザ３
３の温度を検出して自動的にバイアス電流値を制御しな
ければならない。しかし、半導体レーザ３３のスレッシ
ョルド電流は個々に異なるため、各々の半導体レーザ３
３ごとにバイアス値を調整する必要がある。また半導体
レーザ３３の温度を検知して自動的にバイアス電流値を
制御する方法では、レーザの初期特性と経時変化等によ
る効率低下した時の特性とが異なるため、バイアス電流
の印加による熱特性改善の効果は経時変化とともに弱ま
ってしまう。

その欠点を改善するものとして、半導体レーザ３３の発
光光量をモニタして、その発光光量をサンプルホールド
する提案もなされている。

第５図は従来の発光光量をモニタするためのサンプルホ
ールド回路を説明するブロック図である。以下、構造な
らびに動作について説明する。

半導体レーザ３３からの発光光量はフォトダイオード等
で構成される光センサ４１によってモニタされる。モニ
タされた発光光量はローレベル光量時は、ローレベルサ
ンプルホールド回路４２によってサンプルホールドされ
、動作光量であるハイレベル光量時には、ハイレベルサ
ンプルホールド回路４３によってサンプルホールドされ
る。ローレベルサンプルホールドされた光量値は基準光
量値と比較され、所定のローレベル光量になるようにバ
イアス定電流源４４によって駆動される。

一方、制御回路４５によってハイレベル発光が指示され
ると、レーザ点灯切換スイッチ回路（ＳＷ）４６がバイ
アス定電流駆動に加えて発光定電流源４７による電流が
半導体レーザ３３に加算されるように動作する。このと
き、発光定電流源４７はハイレベルサンプルホールド回
路４３でサンプルホールドされた光量値と所定のハイレ
ベル基準光量値とを比較し、所定のハイレベル光量にな
るように制御する。サンプリングタイミング制御回路４
８は制御回路４５によってローレベル。

ハイレベルの光量制御のタイミングに従ってサンプルホ
ールドを行うタイミングをコントロールする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、第５図に示されるようにモニタ光量をサンプ
ルホールドすることでバイアス電流値を制御する方法で
は、ローレベル光量を完全にｒＯＪにすることができな
い。従って、ハイ／ｌ：′−のレーザ駆動を行う場合に
は、それでも構わないが、ローレベルの光量が問題とな
るレーザ駆動、例えば電子写真方式によるレーザビーム
プリンタ等に用いる場合に、ローレベル光量はできる限
り少ないほうが望ましい。何故なら、記録部分にレーザ
照射を行うイメージ露光方式では、ローレベル光量はカ
ブリの原因となるし、記録を行わない部分にレーザ照射
を行うバックグラウンド露光の場合には、暗部が充分に
とれずコントラストの低い画像となってしまう問題点を
有していた。

また第５図に示した例では、規定のローレベル光量、ハ
イレベル光量を得るのにサンプルホールドした光量と基
準レベルとを比較して差分増幅を行うため、電流と光量
の関係、すなわち、スロープ効率が一定な場合はよいが
、温度、経時変化等でスロープ効率が変わってしまうと
、発光光量制御がレーザの温度、経時変化によりばらつ
くため、充分満足の行く制御を行えない問題点があった
。さらに、第６図に示すように、スレッショルド電流の
近傍ではレーザ発振に至らないものの自然発光（いわゆ
るＬＥＤモード）が生じており、光学系の構成によって
はこの自然発光による光が消光比を悪くする要因となっ
ていた。このため、第６図に示す実線の特性を有する半
導体レーザ３３と点線で示す特性を有する半導体レーザ
３３とを比較すると、実線で示す特性を有する半導体レ
ーザ３３の方がスレッショルド電流レベルが大きいので
より自然発光し易くなり、消光比を大幅に悪化させてし
まう等の問題点を有していた。なお、第６図において、
縦軸はレーザ発光パワーを示し、横軸はレーザ印加電流
値を示す。

この発明は、上記の問題点を解消するためになされたも
ので、しきい値近傍でレーザ発振しない程度のバイアス
電流を半導体レーザに印加することにより、周波数特性
および熱特性を改善して、消光比に優れたレーザ発光を
行える半導体レーザ駆動装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ駆動装置は、半導体レーザ
にバイアス電流を段階的に可変して印加したときに検知
手段から出力される第１および第２の発光光量およびそ
れに対応する第１および第２のバイアス電流に基づいて
スレッシュホールドバイアス電流値を演算するスレッシ
ュホールドバイアス電流演算手段と、このスレッシュホ
ールドバイアス電流演算手段が演算したスレッシュホー
ルドバイアス電流値に基づいて半導体レーザの消光時に
印加するバイアス電流を制御する電流制御手段とを設け
たものである。

〔作用〕

この発明においては、スレッシュホールドバイアス電流
演算手段は半導体レーザにバイアス電流を段階的に可変
して印加し、そのとき検知手段から得られる第１および
第２の発光光量およびそれに対応する第１および第２の
バイアス電流に基づいて半導体レーザに印加するスレッ
シュホールドバイアス電流値を演算する。そして、この
スレッシュホールドバイアス電流値に基づいて電流制御
手段が半導体レーザの消光時に印加するバイアス電流を
制御する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す半導体レーザ駆動装
置の構成を説明する図であり、１は半導体レーザで、一
方°でバイアス定電流回路２に接続されるとともに、他
方でレーザ点灯信号によって導通が切り換えられるスイ
ッチング回路３を通して発光定電流回路４に接続されて
いる。５は例えばＣＰＵで構成される制御部で、バイア
ス電流および発光電流を制御するためのデータをマルチ
プレクサ（ＭＰＸ）６を介して、バイアス電流のための
ラッチ７および発光電流のためのラッチ８へ送る。マル
チプレクサ６は制御部５からのデータをバイアス電流制
御の場合はラッチ７へ切り換えて転送させ、発光電流制
御の場合はラッチ８へ切り換えて転送させる。制御部５
はこの発明のスレッシュホールドバイアス電流演算手段
を兼ねている。９，１ｏはＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）−ｔ
１’、Ｄ／Ａ変換器９はラッチ７にホールドされたディ
ジタルデータをアナログデータに変換し、Ｄ／Ａ変換器
１０はラッチ８にホールドされたディジタルデータをア
ナログデータに変換して、バイアス定電流回路２２発光
定電流回路４の出力制御を行うデータとして供給する。

１１は光センサで、半導体レーザ１によって発光された
レーザビームの光量をモニタする。１２はボリュームで
、半導体レーザ１から所定の光量を出力するときに、光
センサ１１から所定のモニタ出力が得られるように調整
する。１３は増幅回路で、光センサ１１の出力を増幅し
て制御部５にモニタ出力を送出する。

次に第１図をレーザビームプリンタに適用した場合の動
作について第２図を参照しながら説明する。

第２図はレーザ印加電流とレーザ発光パワーとの関係を
示すスロープ効率特性図であり、縦軸はレーザ発光パワ
ーを示し、横軸はレーザ印加電流値である。

まず、プリント準備指令が外部からなされると、制御部
５はマルチプレクサ６、ラッチ７、Ｄ／Ａ変換器９へと
バイアス電流を増加させるためのデータを送る。半導体
レーザ１の発光量が所定の第１発光レベルＰ１になると
、制御部５はその時のバイアス電流制御データ値１１を
内部メモリに記憶させるとともに、さらに発光量を増加
させ第２発光レベルＰ２までバイアス電流値を増加させ
、第２光発光レベルＰ２に到達した時点のバイアス電流
制御データ■２を内部メモリに記憶させる。次いで、制
御部５は−Ｈバイアス電流制御をオフし、ラッチ７のデ
ータをリセットする。次に制御部５は第１発光レベルＰ
１に対するバイアス電流制御データ値１１　と第２発光
レベルＰ２に対するバイアス電流制御データＩ２とから
半導体レーザ１のスレッショルド電流値（スレッシュホ
ールドバイアス電流値）Ｉｔｈおよび非発光バイアス電
流値Ｉ　８１ＡＳを下記第（１）式および第（２）式に
基づいて求める。

ところが、上記第（１）式から得られるスレッショルド
電流値Ｉｔｈを半導体レーザ１に印加しても、半導体レ
ーザ１は充分に消光されずに第２図に示すように光量Ｐ
ｔｈの光を発光することが経験的に判明している。そこ
で、この発光により画像ムラが発生する恐れがあるので
、この実施例においては、非発光バイアス電流値Ｉ　８
１ＡＳを下記第（２）式に基づいて制御部５が求める。

Ｉ　ｅ＋ａｓ＝　Ｉ　ｔｈＸα　　　　　　　　・・・
・・・（２）ただし、αは０．！＝１の間の数値であり
、この実施例においては、０．８としている。何故なら
ば数値αが０に近い値であると消光性は向上するが、熱
特性１周波数特性が悪化し、αが１に近いと熱特性１周
波数特性は良化するが消光性が低下してしまうからであ
り、０．７≦α≦０．８５から選択するのが望ましい。

制御部５が非発光バイアス電流値Ｉ　ＢＩＡＳを第（２
）式に基づいて演算すると、非発光バイアス電流値ＩＢ
Ｉ＾Ｓをラッチ７に送り、非発光バイアス電流（ｉｆｊ
ＩｕＡｓが半導体レーザ１に印加する。制御部５は所定
の発光光量が得られるまで、発光電流を増加させるため
のデータをラッチ８に送る。すなわち、バイアス定電流
回路２によるバイアス電流に加算されて発光定電流回路
４の電流が半導体レーザ１に印加される。加算された電
流によって所定の光量に半導体レーザ］が発光すると、
制御部５はデータの転送を停止し、その値をラッチ８に
ホールドし、レーザオフ信号をスイッチング回路３に指
令する。これにより、半導体レーザ１には非発光バイア
ス電流値Ｉ　ＢＩＡＳだけが印加されプリント可能状態
となる。以上の動作によりプリント開始可能状態となり
、以後プリント信号に基づいてレーザオン信号ＬＯＮが
制御部５から発せられ、バイアス電流に発光電流が加算
された電流に基づいて半導体レーザ１が入力されるプリ
ント信号に応じて発光する。なお、上記実施例ではバイ
アス電流および発光電流の制御を各ページ間で行うよう
にしているが、半導体レーザ１の温度変化が少ない場合
は、バイアス電流の制御をプリント開始時期だけ、ある
いは数ページに１回行い、発光電流の制御を各ページ間
で行うようにしてもよい。

第３図はこの発明の他の実施例を示すレーザ駆動制御装
置の構成を説明するブロック図である。

なお、第１図に示した発光定電流回路４．バイアス定電
流回路２．スイッチング回路３は同一なので省略しであ
る。

この図において、２１はＣＰＵで、入力されるプリント
準備指令に応じてアップダウンカウンタ（ＵＤカウンタ
）２２にアップカウントするようにカウント信号Ｅ１を
ＨＩＧＨレベルに設定する。ＵＤカウンタ２２はカウン
ト信号Ｅ１がＬＯＷレベルになると、ダウンカウンタと
して機能する。ＵＤカウンタ２２はＣＰＵ２１から送出
されるイネーブル信号Ｅ２によりチップイネーブルにな
ってグロック信号ＣＫＩのカウントを開始するとともに
、リセット信号Ｒ１によりリセットされる。２３はカウ
ンタ（ＣＮＴ）で、イネーブル信号Ｅ３によりチップイ
ネーブルとなり、クロック信号ＣＫＩのカウントを開始
するとともに、リセット信号Ｒ２によりリセットされる
。２４はＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）で、ＵＤカウンタ２２
により決定されたバイアス電流データをアナログバイア
スミ流値ＡＤＩに変換してバイアス定電流回路２に供給
する。２５はＤ／Ａ変換器ＣＤ／Ａ）で、カウンタ２３
がカウントした発光電流値に対応するカウント値をアナ
ログ発光電流値ＡＤ２に変換し、発光定電流回路４に供
給する。

プリント準備信号がＣＰＵ２１に入力されると、ＣＰＵ
２１はＵＤカウンタ２２にカウント信号Ｅｌ（アップカ
ウント指示）をＨＩＧＨレベルにするとともに、イネー
ブル信号Ｅ２を送出する。これにより、ＵＤカウンタ２
２は第１図に示した半導体レーザ１の光量が第２図に示
した第１光量レベルＰ１になるまでクロック信号ＣＫＩ
をカウントアツプして行く。さらにＵＤカウンタ２２は
第２光量レベルＰ２までカウントアツプするが、第１光
量レベルＰ１から第２光量レベルＰ２までのクロック数
はＣＰＵ２１がカウントしている。この実施例では、第
２光量レベルＰ２は第１光量レベルＰ１の２倍に設定し
であるので、第２光量レベルＰ２を検出し終えると、Ｃ
ＰＵ２１はカウンタ２２に送出していたカウント信号Ｅ
１をＬＯＷレベルにし、ダウンカウントとして機能させ
るようにする。次いで、第１光量レベルＰ１から第２光
量レベルＰ２までカウントしたクロック数の倍のクロッ
ク数だけ第２光量レベルＰ２からカウントダウンさせ、
スレッショルド電流値Ｉｔｈを制御する。さらに、半導
体レーザ１を非発光状態にするために、ダウン量ｎのク
ロックダウンを行った数値をバイアス電流Ｉ　ＢＩＡＳ
を下記第（３）式に基づいて制御する。

Ｉ　ＢＩＡＳ：　　Ｉ　　ｔｈ　−Ｉ　ｏ　　　　　　
　　　　　　　　　　−”（３）これは、第１図に示し
た実施例で説明したスレッショルド電流値Ｉｔｈに値α
を乗算することと同様の効果であり、Ｄ／Ａ変換器２４
のビット数とバイアス電流の駆動レンジとにより異なる
が、この実施例ではバイアス電流の陽動レンジが１００
ｍＡであって、Ｄ／Ａ変換器２４を８ビツトで構成した
ので、１ビット当りの電流変化量は０．３９ｍＡとなる
。そして、スレッショルド電流値Ｉｔｈが５０ｍＡ以下
の場合は、減量値Ｉ［＋が１０ｍＡとし、スレッショル
ド電流値Ｉｔｈが５０を越えて７０ｍＡ以下の場合は、
減量値ＩＯが１５ｍＡとし、スレッショルド電流値Ｉｔ
ｈが７０ｍＡを越える場合は、減量値ＩＤが２０ｍＡと
なるように制御している。この場合のしきい値電流から
のダウン量ｎはそれぞれ２５，３８．５１となる。この
ようにしてバイアス電流値が決まると、発光量制御のた
めにＣＰＵ２１がカウンタ２３に対してイネーブル信号
Ｅ３を送出する。これに応じて、カウンタ２３は所定の
光量になるまでカウントアツプし、カウンタ２３からの
出力はＤ／Ａ変換器２５でアナログ発光電流値ＡＤ２に
変換され、発光定電流回路４へ供給される。このように
して、バイアス電流値および発光電流値の制御が終了す
ると、プリント可能状態となり、入力されるプリント信
号に応じた発光が行われる。

なお、上記実施例では、スレッショルド電流値Ｉｔｈを
ＵＤカウンタ２２のカウントダウンにより求める場合に
ついて説明したが、ＵＤカウンタ２２とＤ／Ａ変換器２
４との間に減算回路を設けて、第２光量レベルＰ２　ま
でカウントアツプしたＵＤカウンタ２２のカウント値か
ら第１光量レベルＰ１から第２光量レベルＰ２までのク
ロック数の２倍のクロック数を減するとともに、さらに
半導体レーザ１を非発光するためのｎクロック減算を行
うようにしてもよい。また第２光量レベルを第１光量レ
ベルの２倍としてカウントする場合について説明したが
、整数倍の数値ならば構わない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は半導体レーザにバイア
ス電流を段階的に印加したときに検知手段から出力され
る第１および第２の発光光量およびそれに対応する第１
および第２のバイアス電流に基づいてスレッシュホール
ドバイアス電流値を演算するスレッシュホールドバイア
ス電流演算手段と、このスレッシュホールドバイアス電
流演算手段が演算したスレッシュホールドバイアス電流
値に基づいて半導体レーザの消光時に印加するバイアス
電流を制御する電流制御手段とを設けたので、半導体レ
ーザが周囲の温度変化および耐久性劣化によりしきい値
電流値、スロープ効率等の特性が変化しても、常にしき
い値近傍のバイアス電流を半導体レーザに印加でき、周
波数特性および熱特性を大幅に改善できるとともに、常
に消光比に優れたレーザ発光を行える。またしきい値電
流の変動に基づいて半導体レーザに印加するバイアス電
流を可変することができるので、しきい値電流の変動に
伴なう消光比の低下を防止できる等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す半導体レーザ駆動装
置の構成を説明する図、第２図はレーザ印加電流とレー
ザ発光パワーとの関係を示すスロープ効率特性図、第３
図はこの発明の他の実施例を示すレーザ駆動装置の構成
を説明するブロック図、第４図は従来のバイアス電流制
御装置の一例を説明する回路図、第５図は従来の発光光
量をモニタするためのサンプルホールド回路を説明する
ブロック図、第６図はレーザ印加電流とレーザ発光パワ
ーとの関係を示す特性図である。 図中、１は半導体レーザ、２はバイアス定電流回路、３
はスイッチング回路、４は発光定電流回路、５は制御部
、６はマルチプレクサ、７，８はラッチ、９，１ｏはＤ
／Ａ変換器、１１は光センサ、１２はボリュームである
。 第１図 １２　オて“リエ−４ 第２図 □レーサーｐｐ力Ｉ］雷浚イ直 第３図 第４図 第５図 第６図 −レーサ′°卯力ａｔ流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザから発光される光量を検知する検知手段か
   らの出力に応じて前記半導体レーザに印加するバイアス
   電流および発光電流を制御する半導体レーザ駆動装置に
   おいて、前記半導体レーザにバイアス電流を段階的に印
   加したときに前記検知手段から出力される第１および第
   ２の発光光量およびそれに対応する第１および第２のバ
   イアス電流に基づいてスレッシュホールドバイアス電流
   値を演算するスレッシュホールドバイアス電流演算手段
   と、このスレッシュホールドバイアス電流演算手段が演
   算した前記スレッシュホールドバイアス電流値に基づい
   て前記半導体レーザの消光時に印加するバイアス電流を
   制御する電流制御手段とを具備したことを特徴とする半
   導体レーザ駆動装置。