JPH0319146A - 半導体レーザ変調装置 - Google Patents
半導体レーザ変調装置Info
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- JPH0319146A JPH0319146A JP1153951A JP15395189A JPH0319146A JP H0319146 A JPH0319146 A JP H0319146A JP 1153951 A JP1153951 A JP 1153951A JP 15395189 A JP15395189 A JP 15395189A JP H0319146 A JPH0319146 A JP H0319146A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 29
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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〕
本発明は、半導体レーザーを光源として利用する画像記
録装置に関する。
録装置に関する。
半導体レーザーを利用する各種の記録装置において、一
般的に使用されている半導体レーザーは、７８０ｎｍ付
近の波長で発振するダブルへテロ型の半導体レーザーで
ある。この種の半導体レーザーの駆動電流と光出力特性
を第３図に示す。
般的に使用されている半導体レーザーは、７８０ｎｍ付
近の波長で発振するダブルへテロ型の半導体レーザーで
ある。この種の半導体レーザーの駆動電流と光出力特性
を第３図に示す。
駆動電流値を増加していくと、レーザーの発振が始まる
閾値電流値Ｉｔｈが存在し、さらに電流を増加すると、
光出力は直線的にある傾きを持って増加していく。閾値
電流値Ｉｔｈは、半導体レーザーの動作温度の上昇によ
って、増大する性質がある．また閾値電流以上で、電流
増加分に対する光出力の増加分を表わす外部微分量子効
率η。
閾値電流値Ｉｔｈが存在し、さらに電流を増加すると、
光出力は直線的にある傾きを持って増加していく。閾値
電流値Ｉｔｈは、半導体レーザーの動作温度の上昇によ
って、増大する性質がある．また閾値電流以上で、電流
増加分に対する光出力の増加分を表わす外部微分量子効
率η。
は、動作温度上昇とともに減少する。
以上のような温度上昇に対するレーザー光の発光効率の
変化は、長期的な動作温度の変化によってのみおきるも
のではなく、例えば変調電流の変化によって起きるレー
ザーチップの過渡的な温度変動によっても発光効率の変
化がおきる。この過渡的な温度変動の緩和時間は、通常
マイクロセカンドのオーダーである。変調電流を半導体
レーザーに加えた時、オン時とオフ時の電流の差が大き
い程、過渡的な温度変化も大きくなり、従って光の強度
変化も大きくなる．これは外部から半導体レーザーのケ
ースの温度制御を行なっても除去できなかった。
変化は、長期的な動作温度の変化によってのみおきるも
のではなく、例えば変調電流の変化によって起きるレー
ザーチップの過渡的な温度変動によっても発光効率の変
化がおきる。この過渡的な温度変動の緩和時間は、通常
マイクロセカンドのオーダーである。変調電流を半導体
レーザーに加えた時、オン時とオフ時の電流の差が大き
い程、過渡的な温度変化も大きくなり、従って光の強度
変化も大きくなる．これは外部から半導体レーザーのケ
ースの温度制御を行なっても除去できなかった。
このような過渡温度変動を補償する方法としては、実時
間でレーザ光の強度を検出し変動を抑制するフィードバ
ック回路を構成せねばならないが、この種の光源として
は十数＋１秒のスイッチング時間が必要とされるので、
フィードバック回路を構成する演算増幅器には超高速の
ものが必要とされ、実現できないか、又は可能でもコス
ト高を招いていた． 超高速の演算増幅器等を使わない構成にするには、光の
オン時のパワーを検出し、ホールド回路等を用いて検出
した強度信号をある程度の時間保持して、基準値と比較
し、フィードバックループな通してＯＮ時の光出力を安
定化させる方法がとられていた． この方式の場合、バイアス電流値を制御対象として上乗
せする変調電流値は固定されていた。この場合レーザー
の温度が上昇して外部微分量子効率η。が減少するので
、余裕を持たせるため変調電流を大きめに設定しておく
。従ってバイアス電流は、必ず低く押えられ閾値電流よ
りもずっと低く設定せざるを得なかった。前に述べたよ
うにこのような方式では、変調電流の変化分が大きいた
め過渡的な温度変化が大きかった． 以上のような状況からバイアス電流を正確に閾値電流値
に追従させる技術が望まれていた。
間でレーザ光の強度を検出し変動を抑制するフィードバ
ック回路を構成せねばならないが、この種の光源として
は十数＋１秒のスイッチング時間が必要とされるので、
フィードバック回路を構成する演算増幅器には超高速の
ものが必要とされ、実現できないか、又は可能でもコス
ト高を招いていた． 超高速の演算増幅器等を使わない構成にするには、光の
オン時のパワーを検出し、ホールド回路等を用いて検出
した強度信号をある程度の時間保持して、基準値と比較
し、フィードバックループな通してＯＮ時の光出力を安
定化させる方法がとられていた． この方式の場合、バイアス電流値を制御対象として上乗
せする変調電流値は固定されていた。この場合レーザー
の温度が上昇して外部微分量子効率η。が減少するので
、余裕を持たせるため変調電流を大きめに設定しておく
。従ってバイアス電流は、必ず低く押えられ閾値電流よ
りもずっと低く設定せざるを得なかった。前に述べたよ
うにこのような方式では、変調電流の変化分が大きいた
め過渡的な温度変化が大きかった． 以上のような状況からバイアス電流を正確に閾値電流値
に追従させる技術が望まれていた。
本発明は、半導体レーザーの閾値電流以下のレーザー発
振に至っていない弱い自然発光の光からレーザー発振し
ている強いレーザー光までを高感度かつ直線性よく検出
する光センサ一部、該センサ部で電気信号に変換された
信号を増幅する高精度高速の増幅器、上記自然発光時の
光強度に対応する電圧を記憶するホールド回路、変調電
流ＯＮ時にレーザーから出力される強い光に対応する信
号を記憶するホールド回路、上記２種のホールド信号の
基準とすべき２つの基準電圧の発生回路、上記基準電圧
とホールド電圧誤差を増幅し、バイアス電流と変調電流
値信号を各々出力する２つの増幅器および変調電流を高
速にスイッチングするＥＣＬ回路により構威される。以
上のようにレーザー光ＯＮ時のみならず閾値電流近傍の
光パワーの検出手段を具備させて、安定し高速の変調を
可能ならしめた。
振に至っていない弱い自然発光の光からレーザー発振し
ている強いレーザー光までを高感度かつ直線性よく検出
する光センサ一部、該センサ部で電気信号に変換された
信号を増幅する高精度高速の増幅器、上記自然発光時の
光強度に対応する電圧を記憶するホールド回路、変調電
流ＯＮ時にレーザーから出力される強い光に対応する信
号を記憶するホールド回路、上記２種のホールド信号の
基準とすべき２つの基準電圧の発生回路、上記基準電圧
とホールド電圧誤差を増幅し、バイアス電流と変調電流
値信号を各々出力する２つの増幅器および変調電流を高
速にスイッチングするＥＣＬ回路により構威される。以
上のようにレーザー光ＯＮ時のみならず閾値電流近傍の
光パワーの検出手段を具備させて、安定し高速の変調を
可能ならしめた。
この発明は半導体レーザーがレーザー発振を開始する閾
値電流以下の電流でも、キャリアの自発的な再結合によ
り自然発光を行なう原理を利用している。
値電流以下の電流でも、キャリアの自発的な再結合によ
り自然発光を行なう原理を利用している。
次に本発明の実施例について第１図および第２図を参照
して説明する。
して説明する。
第１図は、半導体レーザー変調器１と半導体レーザーコ
リメートユニット２のブロックダイアグラムを示す．半
導体レーザー変調器１は増幅器５、ピークホールド回路
６，７、基準電圧発生回路８、誤差増幅器９，１０，高
速可変電流スイッチ回路ｌ１より構成される。一方半導
体レーザーコリメートユニット２は、半導体レーザー３
、ＰＩＮフォトダイオード４、コリメーターレンズ群１
２から構或される。半導体レーザ３から出力されるレー
ザー光は、レーザー共振器のミラーを形成するチップの
相対する２つの襞開面から互いに正反対の方向へ放射さ
れる。両者の放射強度は、等しいかもしくは良好な比例
関係にある。片側のレーザー光は、レンズ群によって平
行光線にコリメートされ、レーザープリンタ等各種記録
装置の光源として用いる。もう一方に放出された光は、
直接ＰＩＮフォトダイオード４の照射される。
リメートユニット２のブロックダイアグラムを示す．半
導体レーザー変調器１は増幅器５、ピークホールド回路
６，７、基準電圧発生回路８、誤差増幅器９，１０，高
速可変電流スイッチ回路ｌ１より構成される。一方半導
体レーザーコリメートユニット２は、半導体レーザー３
、ＰＩＮフォトダイオード４、コリメーターレンズ群１
２から構或される。半導体レーザ３から出力されるレー
ザー光は、レーザー共振器のミラーを形成するチップの
相対する２つの襞開面から互いに正反対の方向へ放射さ
れる。両者の放射強度は、等しいかもしくは良好な比例
関係にある。片側のレーザー光は、レンズ群によって平
行光線にコリメートされ、レーザープリンタ等各種記録
装置の光源として用いる。もう一方に放出された光は、
直接ＰＩＮフォトダイオード４の照射される。
ＰＩＮフォトダイオードは光の強さに比例した電気信号
を発生する。この信号は高速かつ高精度の増幅器５で増
幅され２つのピークホールド回路６，７に入力される。
を発生する。この信号は高速かつ高精度の増幅器５で増
幅され２つのピークホールド回路６，７に入力される。
ピークホールド回路７は、レーザー光がＯＮＬた時のピ
ーク信号を記憶する。一方ピークホールド回路はレーザ
ー光が閾値電流近傍で極く弱く発光している時の信号を
記憶する回路である。基準電圧発生回路８は、２種類の
基準電圧を発生する．２つの基準電圧のうち片方はレー
ザー光がＯＮする時の光パワーを規定する基準電圧で、
ピークホールド回路７の出力とともに誤差増幅器１０に
供給される。基準電圧の他の１つは閾値電流付近の弱い
光パワーを規定する基準電圧を発生し、ピークホールド
回路６の出力とともに誤差増幅器９に与えられる。２つ
の基準電圧は、外部から可変抵抗器等によって任意の値
に設定できる。誤差増幅器９の出力は電流値に変換され
て半導体レーザー３にバイアス電流を供給する。上記の
機構により閾値電流の変動にかかわらず誤差増幅器９は
、バイアス電流に追従せしめる。
ーク信号を記憶する。一方ピークホールド回路はレーザ
ー光が閾値電流近傍で極く弱く発光している時の信号を
記憶する回路である。基準電圧発生回路８は、２種類の
基準電圧を発生する．２つの基準電圧のうち片方はレー
ザー光がＯＮする時の光パワーを規定する基準電圧で、
ピークホールド回路７の出力とともに誤差増幅器１０に
供給される。基準電圧の他の１つは閾値電流付近の弱い
光パワーを規定する基準電圧を発生し、ピークホールド
回路６の出力とともに誤差増幅器９に与えられる。２つ
の基準電圧は、外部から可変抵抗器等によって任意の値
に設定できる。誤差増幅器９の出力は電流値に変換され
て半導体レーザー３にバイアス電流を供給する。上記の
機構により閾値電流の変動にかかわらず誤差増幅器９は
、バイアス電流に追従せしめる。
誤差増幅器１０は、高速可変電流スイッチ１１に対して
変調電流制御信号を供給する。高速可変電流スイッチ１
１は、上記変調電流制御信号と、外部から画像情報やそ
の他の情報を含むスイッチング指令信号を受けて変調電
流を発生する。変調電流は、増幅器９が発生させるバイ
アス電流と加え合わされ、半導体レーザー３に供給され
る。
変調電流制御信号を供給する。高速可変電流スイッチ１
１は、上記変調電流制御信号と、外部から画像情報やそ
の他の情報を含むスイッチング指令信号を受けて変調電
流を発生する。変調電流は、増幅器９が発生させるバイ
アス電流と加え合わされ、半導体レーザー３に供給され
る。
上記変調電流を可変々らしめて半導体レーザーの微分量
子効率の変化に対しても、規定の光出力を安定して出せ
る．さらにバイアス電流が常に閾値電流に近いことから
過渡的な温度変動によるＯＮ時の光出力の低下現象が抑
制できる。
子効率の変化に対しても、規定の光出力を安定して出せ
る．さらにバイアス電流が常に閾値電流に近いことから
過渡的な温度変動によるＯＮ時の光出力の低下現象が抑
制できる。
第２図は高速可変電流スイッチ１１の一実施例である。
高速可変電流スイッチ１１は、２つの高周波用ＮＰＮ型
トランジスタ１２．１４とエミッタ共通抵抗１３等から
構或され、一種のＥＣＬスイッチを利用している。入力
端子１５からは上記変調電流制御信号、入力端子ｌ６か
らは上記スイッチング指令信号が入力される。この指令
信号によりトランジスタｌ４を高速にＯＮさせると共通
エミッタ抵抗ｌ３にトランジスタｌ４から電流が流れ込
み、結果的にトランジスタ１３はＯＦＦされる。反対に
トランジスタｌ４がＯＦＦになるとトランジスタｌ２は
ＯＮとなり端子ｌ５に対応した変調電流出力が端子ｌ７
に発生する。この回路は任意の変調電流を高速にスイッ
チングすることを可能ならしめている． 〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように、バイアス電流と変調電
流の両者を半導体レーザーの電流対光出力特性の変化に
対して最適に制御することにより、過渡的にも長期的に
も高安定の光変調を可能にする効果がある． 高速可変電流スイッチの回路図、第３図は一般的なダブ
ルへテロ型半導体レーザの電流対光出力特性を温度をパ
ラメータとして示した図である。
トランジスタ１２．１４とエミッタ共通抵抗１３等から
構或され、一種のＥＣＬスイッチを利用している。入力
端子１５からは上記変調電流制御信号、入力端子ｌ６か
らは上記スイッチング指令信号が入力される。この指令
信号によりトランジスタｌ４を高速にＯＮさせると共通
エミッタ抵抗ｌ３にトランジスタｌ４から電流が流れ込
み、結果的にトランジスタ１３はＯＦＦされる。反対に
トランジスタｌ４がＯＦＦになるとトランジスタｌ２は
ＯＮとなり端子ｌ５に対応した変調電流出力が端子ｌ７
に発生する。この回路は任意の変調電流を高速にスイッ
チングすることを可能ならしめている． 〔発明の効果〕 本発明は、以上説明したように、バイアス電流と変調電
流の両者を半導体レーザーの電流対光出力特性の変化に
対して最適に制御することにより、過渡的にも長期的に
も高安定の光変調を可能にする効果がある． 高速可変電流スイッチの回路図、第３図は一般的なダブ
ルへテロ型半導体レーザの電流対光出力特性を温度をパ
ラメータとして示した図である。
１・・・・・・半導体レーザ変調器、２・・・・・・半
導体レーザコリメートユニット、３・・・・・・半導体
レーザー４・・・・・・ＰＩＮフォトダイオード、５・
・・・・・増幅器、６，７・・・・・・ピークホールド
回路、８・・・・・・基準電圧発生回路、９，ｌＯ・・
・・・・誤差増幅器、１１・・・・・・高速可変電流ス
イッチ、１２・・・・・・高周波ＮＰＮ型トランジスタ
，１３・・・・・・共通エミッタ抵抗、１４・・・・・
高周波ＮＰＮ型トランジスタ、１５・・・・・・変調電
流制御信号入力端子、ｌ６・・・・・・スイッチング指
令信号入力端子、１７・・・・・・変調電流出力端子。
導体レーザコリメートユニット、３・・・・・・半導体
レーザー４・・・・・・ＰＩＮフォトダイオード、５・
・・・・・増幅器、６，７・・・・・・ピークホールド
回路、８・・・・・・基準電圧発生回路、９，ｌＯ・・
・・・・誤差増幅器、１１・・・・・・高速可変電流ス
イッチ、１２・・・・・・高周波ＮＰＮ型トランジスタ
，１３・・・・・・共通エミッタ抵抗、１４・・・・・
高周波ＮＰＮ型トランジスタ、１５・・・・・・変調電
流制御信号入力端子、ｌ６・・・・・・スイッチング指
令信号入力端子、１７・・・・・・変調電流出力端子。
Claims (1)
- 半導体レーザーを光源とし、この光源から発する光ビ
ームの強度を画像信号により変調し、電子写真プロセス
を用いて画像を記録する装置において、前記半導体レー
ザーの閾値電流付近の微弱な光からレーザー発信領域の
強い光までを精度よく検出する手段と、半導体レーザー
の閾値電流近くの微弱な自然発光時の光強度に対応する
電圧を記憶するホールド回路と、レーザー発光時の光強
度に対応する電圧を記憶するホールド回路と、前記２つ
のホールド信号の基準とすべき２つの基準電圧発生回路
と、前記基準電圧とホールド電圧誤差を増幅し、バイア
ス電流と変調電流を別々に増幅する２つの増幅器と、変
調電流を高速にスイッチングするスイッチ回路とを有し
、過渡的な温度変動による光出力の変動を抑制したこと
を特徴とする半導体レーザー変調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1153951A JPH0319146A (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 半導体レーザ変調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1153951A JPH0319146A (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 半導体レーザ変調装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0319146A true JPH0319146A (ja) | 1991-01-28 |
Family
ID=15573638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1153951A Pending JPH0319146A (ja) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | 半導体レーザ変調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0319146A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1079548A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-03-24 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ制御装置 |
| JPH1079549A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-03-24 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ制御装置 |
-
1989
- 1989-06-16 JP JP1153951A patent/JPH0319146A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1079548A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-03-24 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ制御装置 |
| JPH1079549A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-03-24 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ制御装置 |
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