JPH06302883A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数個の定電流回路５，８からの電流を光強
度変調信号１，２に応じて選択加算し、レーザダイオー
ド９の駆動電流とする半導体レーザ駆動装置において、
定電流回路の電流を設定するのに要する時間を短くする
こと。 【構成】 最初に電流を設定する回路を定電流回路８と
すると、定電流回路８の定電流を設定するには、従来と
同様、ＤＡ変換器１４へのディジタル入力値を逐次増加
して、所望の電流に到達せしめることによって行う。他
の定電流回路５の定電流の設定は、既に設定した定電流
から出発し、電流を変化させることにより所望の電流に
到達せしめることによって行う。その場合、ＤＡ変換器
１３へ与えるディジタル入力の上位ビットより、試行錯
誤的に順次値を決めてゆく。このようにすれば、試行錯
誤の回数は、該ディジタル入力のビット数と同じ回数と
いう少ない回数となり、ディジタル値を逐次変化させて
設定するのに比べて、設定に要する時間が短くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の定電流源から
の電流を組み合わせて、半導体レーザダイオードの駆動
電流とする半導体レーザ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザダイオードの発光強度を変
化させることは、半導体レーザ駆動装置から半導体レー
ザダイオードに流す電流を変えることによって行われ
る。レーザプリンタに使用されている半導体レーザダイ
オードの発光強度の変化は、例えば、画像データ信号に
基づいて行われる。

【０００３】図５は、そのような従来の半導体レーザ駆
動装置を示す図である。図５において、１，２は光強度
変調信号端子、３はデコーダ、４は全スイッチング信
号、５−１は定電流回路、６，７はスイッチング回路、
８は定電流回路、９はレーザダイオード、１０はモニタ
用フォトダイオード、１１は可変抵抗器、１２はマイク
ロプロセッサ、１３〜１５はＤＡ変換器（ＤＡ…ディジ
タル・アナログ）、１６は比較器である。

【０００４】レーザダイオード９に流れる電流は、スイ
ッチング回路６，７によってなされる。スイッチング回
路７のみがオンされている時は、定電流回路８の定電流
Ｉ₁が流れ、スイッチング回路６のみがオンされている
時は、定電流回路５−１の定電流Ｉ₁₂が流れる。スイッ
チング回路６，７がオンされている時は、定電流回路８
の定電流Ｉ₁ と定電流回路５−１の定電流Ｉ₁₂との合計
が流れる。

【０００５】定電流回路５−１，定電流回路８の定電流
値の設定は、それぞれＤＡ変換器１３，１４からの出力
によってなされる。ＤＡ変換器１３，１４へのディジタ
ル入力は、マイクロプロセッサ１２より与えられる。ま
た、スイッチング回路６，７のオン，オフは、デコーダ
３からの出力によってなされる。

【０００６】デコーダ３への入力は、光強度変調信号端
子１，２へ与えられる光強度変調信号である。即ち、光
強度変調信号によってスイッチング回路６，７のオンオ
フが制御され、レーザダイオード９への電流が制御され
る。レーザダイオード９の光をレーザプリンタに利用す
る場合であれば、該信号としては画像データ信号が用い
られる。

【０００７】デコーダ３への入力（図５では合計２ビッ
トの入力信号が入力されている）は、例えば、ある画素
の画像データ信号等であるが、ある画素の画像データ信
号をデコーダ３に入力すれば、その出力によってオンと
されるスイッチング回路が選択され、それに対応してい
る定電流回路が選択される。

【０００８】なお、マイクロプロセッサ１２からデコー
ダ３へ与えられる全スイッチング信号４は、スイッチン
グ回路６，７を共にオンにしたり、オフにしたりする信
号である。

【０００９】モニタ用フォトダイオード１０は、レーザ
ダイオード９の光出力をモニタするためのものであり、
光出力に応じて電流値が変化する。可変抵抗器１１は、
その電流値を電圧に変化するためのものであり、可変抵
抗器１１の両端に生ずる電圧Ｖ_m がモニタ電圧である。

【００１０】モニタ電圧Ｖ_m は、比較器１６で基準値と
比較され、その誤差信号をマイクロプロセッサ１２に入
力する。基準値は、ＤＡ変換器１５からの出力によって
設定される。ＤＡ変換器１５への入力は、マイクロプロ
セッサ１２より与えられる。前記誤差信号を基に、定電
流回路５−１あるいは定電流回路８の定電流値を設定し
直し、所望の光出力が出るようにする。

【００１１】次に、定電流回路５−１や定電流回路８の
定電流の設定の仕方について説明する。図６は、従来の
レーザ駆動電流の設定の仕方を、レーザ特性の図で説明
する図である。横軸はレーザ駆動電流、縦軸は光出力を
表す。Ｌはレーザ特性曲線，Ｌ₁ は自然放出光領域、Ｃ
は変曲点、Ｌ₂ はレーザ発光領域である。

【００１２】レーザ特性曲線Ｌは、自然放出光領域Ｌ₁
とレーザ発光領域Ｌ₂ とに分けられる。レーザ駆動電流
が小さいうちは、発光ダイオードと同程度の光しか放出
しない。その領域が自然放出光領域Ｌ₁ である。レーザ
駆動電流が所定値より大となると、レーザ発振による光
が放出される。その領域がレーザ発光領域Ｌ₂ である。

【００１３】レーザダイオード９よりレーザ光を放出さ
せるには、動作点がレーザ発光領域Ｌ₂ 上に位置するよ
うにする必要がある。定電流回路８の定電流を流した時
に、図示するＰ₁ の光出力を出したい場合には、その定
電流は、図６において光出力Ｐ₁ に対応する電流Ｉ₁ に
設定する。図６でＩ₁ の下に括弧でＶ₁ と書いてあるの
は、Ｉ₁ を設定する場合に、比較器１６で使用する基準
値である。

【００１４】同様に、定電流回路５−１の定電流を流し
た時に、図示するＰ₂ の光出力を出したい場合には、そ
の定電流は、図６において光出力Ｐ₁ に対応する電流Ｉ
₁₂に設定する。図６でＩ₁₂の下に括弧でＶ₁₂と書いてあ
るのは、Ｉ₁₂を設定する場合に、比較器１６で使用する
基準値である。

【００１５】図７は、従来例におけるレーザ駆動電流の
設定過程を示す図である。まず、定電流Ｉ₁ を設定する
場合には、それに対応する基準値Ｖ₁ をＤＡ変換器１５
から出力させておく。そして、マイクロプロセッサ１２
からＤＡ変換器１４へのディジタル入力を、０から１づ
つ増加させて定電流回路８の電流値を増加させ、その電
流でのモニタ電圧Ｖ_m と基準値Ｖ₁ とを比較する。Ｖ_m
がＶ₁ に達したところで、ＤＡ変換器１４への入力を固
定することにより、定電流Ｉ₁ が設定される。定電流回
路５−１の定電流Ｉ₁₂の設定も、同様にして行われる。

【００１６】なお、このような半導体レーザ駆動装置に
関する文献としては、例えば特開昭56−106259号公報，
特開平２− 63756号公報等がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の半導体レーザ駆動装置では、どの定電流回路の
定電流を設定するのにも、小さい値から少しづつ増大さ
せていって設定していたので、設定を終えるまでに長い
時間がかかるという問題点があった。本発明は、以上の
ような問題点を解決することを課題とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、第１のＤＡ変換器からの出力によって
第１の定電流が設定される第１の定電流回路と、該第１
の定電流回路に直列接続された第１のスイッチング回路
と、第２のＤＡ変換器からの出力によって第２の定電流
が設定される第２の定電流回路と、該第２の定電流回路
に直列接続された第２のスイッチング回路と、第１，第
２のスイッチング回路がオンされた時には第１の定電流
から第２の定電流を差し引いた電流がレーザダイオード
の駆動電流とされるよう接続する接続手段と、該レーザ
ダイオードの光出力をモニタするモニタ用フォトダイオ
ードと、モニタ値と基準値とを比較する比較器と、前記
レーザダイオードに対する光強度変調信号が入力され、
出力により前記第１，第２のスイッチング回路を制御し
てレーザダイオードに流す電流を決めるデコーダと、全
体の動作を制御するマイクロプロセッサとを具えた半導
体レーザ駆動装置において、前記第１の定電流回路は、
前記第１のＤＡ変換器へのディジタル入力値を逐次増加
することによって得られる出力に基づいて電流が設定さ
れる回路であり、前記第２の定電流回路は、前記第１の
定電流回路の電流設定後に、前記第２のＤＡ変換器への
ディジタル入力値を上位ビットより適宜決めてゆくこと
によって電流が設定される回路である構成とする。

【００１９】なお、前記の第２の定電流回路と第２のス
イッチング回路の代わりに、複数個の定電流回路とそれ
らに対応した複数個のスイッチング回路とにより構成し
てもよい。

【００２０】

【作 用】半導体レーザ駆動装置の構成要素には、Ｄ
Ａ変換器の出力によって電流が規定される複数の定電流
回路がある。各定電流回路からの定電流を選択し組み合
わせてレーザダイオードに流し、所望の光出力を得るに
は、その光出力に対応させて各定電流回路の定電流を設
定しておいてやる必要がある。

【００２１】最初に設定する定電流は、ＤＡ変換器への
ディジタル入力値を逐次増加し、所望値に到達させるこ
とによって設定する。なぜなら、半導体レーザは、過大
な電流が流れると、過大なレーザ光により素子が損傷す
る恐れがあるため、予め設定した光量を越えないように
電流値を制御する必要があるためである。

【００２２】他の定電流は、先に設定した電流値より出
発し、定電流回路に対応して設けられているＤＡ変換器
へのディジタル入力値の上位ビットより、試行錯誤的に
順次値を定めることにより設定する。第２の定電流回路
の電流値がどのような値をとっても、半導体レーザに流
れる電流値の最大値は、第１の定電流回路の電流値で決
まるため、第２の定電流回路の電流値は、このような決
定の仕方でも、半導体レーザは過電流で破損することは
ない。

【００２３】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す
図である。符号は図５のものに対応し、５は定電流回
路、１７は未設定ビット数カウンタである。図５と同じ
符号の部分は同様に動作するので、その説明は省略す
る。

【００２４】定電流回路５の定電流Ｉ₂ とレーザダイオ
ード９の電流とが合流して、定電流回路８の定電流Ｉ₁
となる構成とされている（このような構成は公知）。従
って、スイッチング回路７だけをオンとしている時は、
レーザダイオード９には定電流Ｉ₁ が流れる。スイッチ
ング回路６もオンしている時は、その差電流Ｉ₁₂（＝Ｉ
₁ −Ｉ₂ ）が流れる。

【００２５】図４は、定電流回路とスイッチング回路の
構成例を示す図である。符号は、図１のものに対応して
いる。定電流回路は、コンパレータと制御用トランジス
タと電流検出用抵抗とで構成されており、スイッチング
回路は、スイッチング用トランジスタと逆流阻止用ダイ
オードとで構成されている。

【００２６】図２は、第１の実施例によるレーザ駆動電
流の設定の仕方をレーザ特性の図で説明する図である。
符号は、図６のものに対応している。レーザダイオード
９よりレーザ光を放出させるには、動作点がレーザ発光
領域Ｌ₂ 上に位置するようにする必要がある。定電流回
路８の定電流を流した時に、Ｐ₁ の光出力を出したい場
合には、その定電流は、光出力Ｐ₁ に対応する電流Ｉ₁
に設定する。図２でＩ₁ の下に括弧でＶ₁ と書いてある
のは、Ｉ₁ を設定する場合に、比較器１６で使用する基
準値である。

【００２７】同様に、定電流回路５の定電流を流した時
に、Ｐ₂ の光出力を出したい場合には、その定電流は、
光出力Ｐ₂ に対応する電流Ｉ₁₂に設定する。図２でＩ₁₂
の下に括弧でＶ₁₂と書いてあるのは、Ｉ₁₂を設定する場
合に、比較器１６で使用する基準値である。本発明で
は、Ｉ₂ の矢印の向きで分かるように、０から出発して
設定するのではなく、先に設定した定電流Ｉ₁ から出発
してＩ₂ を設定する。次に、それを詳しく説明する。

【００２８】図８は、本発明におけるレーザ駆動電流の
設定過程を示す図である。まず、或る１つの定電流Ｉ₁
を設定する。その設定の仕方は従来と同様である。即
ち、ＤＡ変換器１４へのディジタル入力の値を１単位づ
つ増大していって決める。しかし、他の定電流の設定
は、先に設定した定電流値から出発して、電流値を決め
るディジタル値の各ビットを、上位ビットから１つづつ
試行錯誤的に決定してゆくことにより設定する。この点
が従来と異なる点である。なお、上位ビットから決めて
ゆく理由は、はじめは大まかに決め、徐々に精密に決め
てゆくためである。

【００２９】設定しようとしている定電流はいずれも、
レーザ発光領域内という比較的狭い範囲内にある電流で
あるから、既に設定してある定電流と、これから設定し
ようとしている他の定電流との差は、あまりない。従っ
て、新しい設定値に到達するまでに、時間がかからな
い。更に、設定動作は、ＤＡ変換器へのディジタル入力
のビット数と同じ回数だけで済むから（例えば、ディジ
タル入力が８ビットから成る場合であれば、８回）、デ
ィジタル値を１単位づつ変化させて設定する回数（８ビ
ットのディジタル値では最大２５５回）より、少ない回
数で設定できる。

【００３０】図３は、上記のような第１の実施例でのレ
ーザ駆動電流の設定の仕方を説明するフローチャートで
ある。ステップ１〜４は、最初の定電流（Ｉ₁ ）の設定
過程を示しており、ステップ５以降は、次の定電流（Ｉ
₁₂）の設定過程を示している。以下、順を追って説明す
る。

【００３１】ステップ１…スイッチング回路７をオン，
スイッチング回路６をオフとする。これは、マイクロプ
ロセッサ１２からのスイッチング信号４によって、なさ
れる。このことにより、レーザダイオード９には、定電
流回路８からの定電流のみが流れる状態とされる。

【００３２】ステップ２…マイクロプロセッサ１２から
ＤＡ変換器１５へディジタル入力値を送り、定電流Ｉ₁
に対応する第１基準値Ｖ₁ を設定する。 ステップ３…ＤＡ変換器１４へのディジタル入力値を、
単位量だけ増加する。つまり、＋１する。すると、定電
流回路８の電流が少し増大する。 ステップ４…その電流でのレーザダイオード９の光出力
をモニタしたモニタ電圧Ｖ_m が、第１の基準値Ｖ₁ より
大となったかどうかチェックする。ＮＯであれば、ステ
ップ３，４を繰り返す。やがてＶ_m がＶ₁ と等しくな
り、定電流回路８の電流がＩ₁ に設定される。

【００３３】ステップ５…このステップより、他方の定
電流Ｉ₁₂の設定に入る。スイッチング回路６，７を共に
オンする。すると、レーザダイオード９には、定電流回
路８の電流から、定電流回路５の電流を差し引いた電流
が流れる回路構成とされる。 ステップ６…マイクロプロセッサ１２からＤＡ変換器１
５へディジタル入力値を送り、定電流Ｉ₁₂に対応する第
２基準値Ｖ₁₂を設定する。

【００３４】ステップ７…マイクロプロセッサ１２内
に、未設定ビット数カウンタ１７というカウンタを設
け、カウンタ値Ｎとして、マイクロプロセッサ１２から
ＤＡ変換器１３へ与えられるディジタル値の全ビット数
の値をセットする（例えば、ディジタル値が８ビットか
らなる場合は、Ｎ＝８と）。

【００３５】ステップ８…まず、ＤＡ変換器１３へのデ
ィジタル入力の最上位ビット目、つまりＮビット目の値
を試しに１としてみる。本発明では、図２の電流Ｉ₂ の
矢印に示したように、第１に設定した電流Ｉ₁ から出発
して電流Ｉ₁₂に到達させるというやり方で、第２の定電
流Ｉ₁₂を設定する。第２の定電流Ｉ₁₂は、第１の定電流
Ｉ₁ から定電流回路５の定電流Ｉ₂ を差し引いた値であ
るから、第２の定電流Ｉ₁₂の設定は、結局、定電流Ｉ₂
を設定することによって設定される。そして、定電流回
路５の電流は、マイクロプロセッサ１２からＤＡ変換器
１３へのディジタル入力によって決まるから、ディジタ
ル値の各ビットの値を決めてやれば、電流は決まる。

【００３６】ステップ９…モニタ電圧Ｖ_m が第２基準値
Ｖ₁₂より大ではなくなったかどうかをチェックする。図
２に示したように、電流Ｉ₁ から出発して、減少させな
がら目標の電流Ｉ₁₂に近づいてゆくから、第２基準値Ｖ
₁₂より小となったかどうかを調べるのである。 ステップ１０…第２基準値Ｖ₁₂より小となれば、減少さ
せすぎたということであるから、ステップ８でＮビット
目を１の値としたのでは、ディジタル値が大きくなりす
ぎるということになる。そこで、Ｎビット目の値を、０
に変更する。

【００３７】ステップ１１…次に、未設定ビット数カウ
ンタ１７の値Ｎを１だけ減少させる。つまり、値を定め
ようとしているビットの桁を、１つ下位に移す。 ステップ１２…未設定ビット数カウンタ１７の値Ｎが、
０となったかどうかチェックする。つまり、ＤＡ変換器
１３へのディジタル入力の全てのビットを定め終えたか
どうかをチェックする。まだであれば、ステップ８へ戻
って、ビット値を決定する。 ステップ１３…全てのビットの値が決まれば、設定動作
を終了したことになるから、スイッチング回路６，７を
オフに戻しておく。

【００３８】（第２実施例）図９は、本発明の第２の実
施例を示す図である。符号は、図１のものに対応し、５
−１〜５−３は定電流回路、６−１〜６−３はスイッチ
ング回路、１８は光強度変調信号端子である。構成上、
図１の第１の実施例と異なる点は、デコーダ３からの信
号により制御されるスイッチング回路とそれに直列接続
される定電流回路との組を、複数個（５−１〜５−３、
６−１〜６−３）設けた点である。図９では、それらの
定電流回路の定電流値は、全て等しい値（Ｉ₂ ）である
としている。また、定電流回路の数を増やしたのに伴
い、デコーダ３への光強度変調信号端子１８を増設して
いる点が異なる。

【００３９】図１０は、第２の実施例によるレーザ駆動
電流の設定の仕方をレーザ特性の図で説明する図であ
る。これは、光出力Ｐ₁ とＰ₂ との間で光強度を更に小
刻みに変調することが出来るよう、定電流回路の数を増
やしたものである。符号は、図２のものに対応してい
る。Ｐ₃ ，Ｐ₄ は光出力であり、Ｉ₁₂はＩ₁ よりＩ₂ を
差し引いた電流、Ｉ₂₃はＩ₁₂よりＩ₂ を差し引いた電
流、Ｉ₃₄はＩ₂₃よりＩ₂ を差し引いた電流である。ま
た、Ｖ₁₂はＩ₁₂を設定する時に使用する基準値，Ｖ₂₃は
Ｉ₂₃を設定する時に使用する基準値，Ｖ₃₄はＩ₃₄を設定
する時に使用する基準値である。

【００４０】第２の実施例では、最初に、スイッチング
回路７をオンし、スイッチング回路６−１〜６−３を全
てオフにしておいて、電流Ｉ₁ を設定する。次に、その
状態から、スイッチング回路６−１〜６−３の内の１つ
だけ（例、スイッチング回路６−１）をオンにして、電
流Ｉ₁₂を設定する。

【００４１】以後、オンにするスイッチング回路を１つ
づつ増やしていって、各定電流値を設定する。設定した
各定電流がレーザダイオード９に流れると、光出力
Ｐ₁ ，Ｐ₃ ，Ｐ₄ ，Ｐ₂ が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明では、半導体レ
ーザ駆動装置に含まれる定電流回路の電流を設定するの
に、最初に設定する定電流は、定電流回路に対応して設
けられているＤＡ変換器へのディジタル入力値を逐次増
加し、所望値に到達させることによって設定する。しか
し、他の定電流は、先に設定した電流値より出発し、定
電流回路に対応して設けられているＤＡ変換器へのディ
ジタル入力値の上位ビットより、試行錯誤的に順次値を
定めることにより設定する。

【００４３】そのため、最初の定電流以外の定電流を設
定するには、先に設定した定電流との差分だけ電流値を
変化させればよいわけであるが、各定電流は、いずれも
レーザ発光領域Ｌ₂ の範囲内にあるから、各定電流値間
の差分は小であり、０から逐次増加して設定するのに比
べて、早く目標の電流値に到達せしめることが出来る。
しかも、ＤＡ変換器へ入力するディジタル値のビット値
を決める試行錯誤の回数は、ビットの数と同じ回数であ
るので、設定に要する時間は、逐次変化して設定するよ
りも短くて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例を示す図

【図２】 第１の実施例によるレーザ駆動電流の設定の
仕方をレーザ特性の図で説明する図

【図３】 第１の実施例でのレーザ駆動電流の設定の仕
方を説明するフローチャート

【図４】 定電流回路とスイッチング回路の構成例を示
す図

【図５】 従来の半導体レーザ駆動装置を示す図

【図６】 従来のレーザ駆動電流の設定の仕方をレーザ
特性の図で説明する図

【図７】 従来例におけるレーザ駆動電流の設定過程を
示す図

【図８】 本発明におけるレーザ駆動電流の設定過程を
示す図

【図９】 本発明の第２の実施例を示す図

【図１０】 第２の実施例によるレーザ駆動電流の設定
の仕方をレーザ特性の図で説明する図

【符号の説明】

１，２…光強度変調信号端子、３…デコーダ、４…全ス
イッチング信号、５…定電流回路、５−１〜５−３…定
電流回路、６，７，６−１〜６−３…スイッチング回
路、８…定電流回路、９…レーザダイオード、１０…モ
ニタ用フォトダイオード、１１…可変抵抗器、１２…マ
イクロプロセッサ、１３〜１５…ＤＡ変換器、１６…比
較器、１７…未設定ビット数カウンタ、１８…光強度変
調信号端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のＤＡ変換器からの出力によって第
   １の定電流が設定される第１の定電流回路と、該第１の
   定電流回路に直列接続された第１のスイッチング回路
   と、第２のＤＡ変換器からの出力によって第２の定電流
   が設定される第２の定電流回路と、該第２の定電流回路
   に直列接続された第２のスイッチング回路と、第１，第
   ２のスイッチング回路がオンされた時には第１の定電流
   から第２の定電流を差し引いた電流がレーザダイオード
   の駆動電流とされるよう接続する接続手段と、該レーザ
   ダイオードの光出力をモニタするモニタ用フォトダイオ
   ードと、モニタ値と基準値とを比較する比較器と、前記
   レーザダイオードに対する光強度変調信号が入力され、
   出力により前記第１，第２のスイッチング回路を制御し
   てレーザダイオードに流す電流を決めるデコーダと、全
   体の動作を制御するマイクロプロセッサとを具えた半導
   体レーザ駆動装置において、前記第１の定電流回路は、
   前記第１のＤＡ変換器へのディジタル入力値を逐次増加
   することによって得られる出力に基づいて電流が設定さ
   れる回路であり、前記第２の定電流回路は、前記第１の
   定電流回路の電流設定後に、前記第２のＤＡ変換器への
   ディジタル入力値を上位ビットより適宜決めてゆくこと
   によって電流が設定される回路であることを特徴とする
   半導体レーザ駆動装置。
2. 【請求項２】 第２の定電流回路と第２のスイッチング
   回路の代わりに、複数個の定電流回路とそれらに対応し
   た複数個のスイッチング回路とにより構成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。