JPH0537055A - 半導体レーザ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ素子の温度変化によりそのスロ
ープ効率が変化しても外部からの入力データと光強度の
関係が変化しないように半導体レーザ素子を駆動させる
ことを目的とする。 【構成】 半導体レーザ素子１が発生する光強度に相当
するしきい値データth がしきい値データ出力回路５よ
り出力され、これと外部より入力される記録データd と
が加算回路６により加算される。その加算データはＤ／
Ｉ変換回路４及びＩ／Ｖ変換回路３を介して物理量に変
換されて半導体レーザ素子１のドライブ回路２へ送られ
るが、そのときＩ／Ｖ変換回路３の温度補償素子（ポジ
スタ３１）により半導体レーザ素子１のスロープ効率の
変化によるレーザ光強度の変動を打ち消す物理量が出力
される。これにより半導体レーザ素子の光強度は温度に
よる変動が小さいものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部より入力される記
録データに基づいてレーザ光を発生する半導体レーザ駆
動回路に関し、更に詳細には半導体レーザ素子の環境温
度の変化にもかかわらず、記録データに対応した所定の
光強度のレーザ光を発生する半導体レーザ駆動回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、従来周知のように、半導体レーザ
素子は、しきい値電流以下の電流で駆動してもレーザ光
を発生しないが、しきい値電流を越える電流で駆動する
とレーザ光を発生する。その場合しきい値電流は半導体
レーザ素子の温度によって変化するという特性を有して
いる。すなわち図５に示すように半導体レーザ素子の温
度が高い場合と低い場合とではしきい値電流が変化し、
しきい値電流が高い場合は低い場合よりもしきい値電流
が高く、その高いしきい値電流でレーザ光を発生する。
そしてしきい値電流の変化によって半導体レーザ素子が
発生するレーザ光の光強度が変化する。

【０００３】これを防ぐため従来の半導体レーザ駆動回
路では、半導体レーザ素子の発生するレーザ光の光強度
をモニタダイオードによりある時間間隔で監視し、外部
より入力される記録データに対応した所定の光強度が得
られるように半導体レーザ素子にバイアス電流を流すよ
うに制御動作を行っていた。あるいはペルチェ素子等を
用いて半導体レーザ素子の温度を一定に保ってしきい値
電流が変動しないようにし、これにより外部より入力さ
れる記録データに対応した光強度が得られるように制御
するものもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザ素子の種類によっては、図６に示すように、量子
微分効率（光強度／しきい値電流）η（以下「スロープ
効率η」という）が半導体レーザ素子の温度変化に伴っ
て変化する。すなわち半導体レーザ素子の温度が高いほ
どスロープ効率が低下する。そのため図７に示すよう
に、半導体レーザ素子の温度によって外部からの入力デ
ータと光強度の関係が変化してしまうという問題があっ
た。またペルチェ素子等を用いる方法では装置が大掛か
りになってしまうという問題点もあった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、半導
体レーザ素子の温度が変化してスロープ効率ηが変化し
ても外部からの入力データと光強度の関係が変化しない
ように半導体レーザ素子を駆動させる半導体レーザ駆動
回路を提供することにある。また本発明はペルチェ素子
等の高価かつ大掛かりな手段を用いることなく簡易な構
成によりこれを達成することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体レーザ駆動回路は、外部より入力され
る記録データに基づいて半導体レーザ素子をオンオフ駆
動させる半導体レーザ駆動回路において、しきい値電流
に相当するしきい値データを出力するしきい値データ出
力手段と、前記しきい値データ出力手段により出力され
るしきい値データと前記外部より入力される記録データ
とを加算して出力するデータ加算出力手段と、前記加算
出力手段により出力された加算データを物理量に変換す
るデータ／物理量変換手段と、前記データ／物理量変換
手段により変換された物理量に基づいて前記半導体レー
ザ素子を電流駆動させる半導体レーザ素子駆動手段とを
備え、前記データ／物理量変換手段が前記半導体レーザ
素子のスローブ効率の変動に伴うレーザ光強度の変動を
打ち消す温度特性をもつ温度補償素子を有することを特
徴とする。

【０００７】

【作用】上記の構成を有する本発明の上記の構成を有す
る本発明の半導体レーザ駆動回路においては、しきい値
データ出力手段は、半導体レーザ素子が発生する光強度
すなわちしきい値電流を把え、これに相当するしきい値
データを発生する。このしきい値データは、データ加算
出力手段において外部より入力される記録データと加え
合わせられる。記録データ及びしきい値データはいづれ
もディジタルデータである。そしてこの加算されたディ
ジタルデータは、データ／物理量変換手段によりある物
理量に変換される。例えば、加算されたディジタルデー
タをアナログ電流に変換し、これを更にアナログ電圧に
変換するものが挙げられる。

【０００８】ここでデータ／物理量変換手段は温度補償
素子を備えているので、出力される物理量は温度特性を
もったものとなる。すなわち温度補償素子により、半導
体レーザ素子のスロープ効率の変化によるレーザ光強度
の変動を打ち消すような物理量、上述の例ではアナログ
電圧が出力される。つまり半導体レーザ素子のしきい値
電流やスロープ効率が変化してもそのアナログ電圧は外
部からの入力データに対応したものとなる。そこでこの
物理量に基づいて半導体レーザ素子駆動手段により半導
体レーザ素子が電流駆動されるが、その半導体レーザ素
子の光強度は温度による変動が小さいものとなる。つま
り外部からの入力データと半導体素子の光強度との関係
は、温度に関わりなく、相関性をもったものが得られ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。図１ないし図４を参照して本実施例
の半導体レーザ駆動回路の構成を説明する。本発明の半
導体レーザ駆動回路は、図１に示すように、半導体レー
ザ素子であるレーザダイオード１と、該半導体レーザ１
のしきい値電流に相当するしきい値データを出力するし
きい値データ出力回路５と、該しきい値データ出力回路
５より出力されるしきい値ディジタルデータと外部より
入力される記録情報をもったディジタルデータとを加算
する加算回路６と、該加算回路６より出力される加算デ
ィジタルデータをアナログ電流に変換するＤ／Ｉ変換回
路４と、該Ｄ／Ｉ変換回路４により変換されたアナログ
電流をアナログ電圧に変換するＩ／Ｖ変換回路３と、該
Ｉ／Ｖ変換回路３により変換されたアナログ電圧に基づ
いて前記レーザダイオード１を電流駆動させるドライブ
回路２とにより構成される。

【００１０】前記しきい値データ出力回路５は、図２に
その回路の詳細を示すように、前記レーザダイオード１
が発光するレーザ光の一部が受光されるモニタダイオー
ド５１、該モニタダイオード５１により受光されたレー
ザ光の光強度に対応して発生する光電流を増幅させる増
幅器５２と、該増幅器５２により増幅された光電流と比
較電源５３より付与される一定の基準電圧との大小比較
を行うコンパレータ５４と、該コンパレータ５４からの
出力値に従いカウントするカウンタ５５により構成され
る。該カウンタ５５は８ビットのデータ容量を有し、ク
ロック信号ＣＬＫの入力によりそのカウント値が増減さ
れるようになっている。

【００１１】一方前記加算回路６には、前記しきい値デ
ータ出力回路５のカウンタ５５より出力されたしきい値
ディジタルデータ信号が入力されると共に外部より記録
情報をもったディジタルデータ信号が入力される。この
外部より入力されるディジタルデータも０からＦＦh
（１６進）までのいずれかの値をとる。そこで該加算回
路６は、前記しきい値データ出力回路５から入力される
しきい値データt h と外部より入力される入力ディジタ
ルデータｄとを加算出力するものである。しきい値デー
タt h と入力ディジタルデータｄはそれぞれ０からＦＦ
h までの値をとりうる８ビットのデータなので、加算結
果は０から１ＦＥh までのいずれかの値をとる９ビット
のディジタルデータとなる。

【００１２】次にＤ／Ｉ変換回路４は、前記加算回路６
より入力された０から１ＦＦh までのいずれかのディジ
タルデータに比例したアナログ電流を出力するものであ
る。すなわち図３に示すように、各ビットデータに対応
するスイッチング回路の各スイッチＳ1 からＳ9 のオン
オフにより各スイッチング回路を流れる電流が加算さ
れ、この加算されたトータルの出力電流量によりディジ
タルデータがアナログ電流に変換されて出力される。

【００１３】Ｉ／Ｖ変換回路３は、図１に戻るが、変換
利得を調節するための可変抵抗器３３（該抵抗値はＲv
で表す）と抵抗器３２（該抵抗値はＲで表す）と感温素
子の１種であるポジスタ３１（該抵抗値はＲp で表す）
とから構成される。ポジスタ３１は、図４で示すよう
に、温度に比例して抵抗値が増大するような温度特性を
有している。その傾きやどの温度のときにどの値の抵抗
を示すかは、後に数式に沿って説明する。

【００１４】ドライブ回路２は、やはり図１に示すよう
に、トランジスタ２１、２３と抵抗器２２、２４とから
構成されるものであり、前記Ｉ／Ｖ変換回路３より出力
されたアナログ電圧に比例した電流を出力するものであ
る。半導体レーザ素子１はドライブ回路２が出力する電
流で駆動される。

【００１５】次に、上述されたように構成された半導体
レーザ駆動回路の動作について説明する。初めに図示し
ないが、例えばポリゴンスキャナ等により一ライン分の
光走査が終了したときに出力される制御信号の発生によ
り、しきい値データ出力回路５のカウンタ５５が初期化
される。該カウンタ５５は１回の制御動作で±Ｎの範囲
にわたってカウント値を増減させることができ、初期化
によって−Ｎの値まで減算された状態となる。一方前述
の制御信号の発生により、外部より入力されるディジタ
ルデータは制御データに切り替えられ、この実施例では
ＦＦh の値をとる。

【００１６】そのような状態において、しきい値データ
出力回路５では、半導体レーザ素子１が発光するレーザ
光の一部がモニタダイオード５１により受光されると、
そのモニタダイオードを流れる光電流を発生し、この光
電流は増幅回路５２で増幅された後、コンパレータ５４
で基準電圧５３と大小比較される。コンパレータ５４
は、所定の発光強度に対応する基準電圧５３よりもモニ
タしている光強度のほうが大きいと判定するまでカウン
タ５５に入力されるクロック信号ＣＬＫによりカウント
値が＋Ｎの値を限度としてカウントアップされる。該カ
ウンタ５５のカウント値が先に述べたしきい値ディジタ
ルデータt h となるのである。

【００１７】前述の制御信号は所定の適当な時間間隔で
発生しており、半導体レーザ素子１のしきい値電流が変
化してもそれに追従してしきい値データ出力回路５のカ
ウンタ５５のカウント値（すなわちしきい値ディジタル
データt h ）が変化する。そのためしきい値データ出力
回路５は半導体レーザ素子１のしきい値電流の変化を吸
収し、入力されるディジタルデータがＦＦh の時の光強
度をＰf f に保つのである。

【００１８】しきい値データt h と外部より入力される
ディジタルデータｄは加算されてｄ＋t h となり、Ｄ／
Ｉ変換回路４でアナログ電流i に変換される。その変換
効率をＫとしてアナログ電流i は次に数１のように表わ
せる。

【数１】

【００１９】上記の電流i はＩ／Ｖ変換回路３でアナロ
グ電圧v に変換される。Ｉ／Ｖ変換回路３は図１に示す
ように、抵抗器３２とポジスタ３１の直列回路と可変抵
抗器Ｖr ３３との並列回路なので、次の数２のように表
わせる。

【数２】

【００２０】ドライブ回路２は、上述のアナログ電圧v
に比例した電流i d で半導体レーザ素子１を駆動する。
抵抗器２４の大きさをＲe とするならば、駆動電流i d
は次の数３のように表わせる。

【数３】

【００２１】半導体レーザ素子１がi d なる大きさの電
流で、駆動される時の光強度p は、次に示す数４のよう
に表わせる。なお、i t hは半導体レーザ素子１のしき
い値電流であり、ηは半導体レーザ素子１のスロープ効
率である。

【数４】

【００２２】上に述べた数１ないし数４から、半導体レ
ーザ素子１の光強度pは次に示す数５のように表わせ
る。

【数５】

【００２３】温度Ｔ１において、入力ディジタルデータ
d が０である時、この光強度は０であるならば次の数６
が得られる。ただし、温度Ｔ１におけるポジスタＲp ３
１の抵抗値はＲp １であり、半導体レーザ素子１のしき
い値電流はＩt h １であり、スロープ効率はη１であ
る。また、ポジスタ３１は半導体レーザ素子１と十分熱
結合されるように配設されており、この２つの素子は同
じ温度である。

【数６】

【００２４】同様に、入力ディジタルデータd がＦＦh
である時、この光強度はＰf f であるので、上の数６を
参照して次の数７を得る。

【数７】 ここにＤ＝ＦＦh である。

【００２５】同様に、温度Ｔ２においても、ポジスタ３
１の働きにより、入力ディジタルデータが０である時、
この光強度は０であるならば、次の数８が得られる。た
だし、温度Ｔ２におけるポジスタ３１の抵抗値はＲp ２
であり、半導体レーザ素子１のしきい値電流はＩt h ２
であり、スロープ効率はη２である。

【数８】

【００２６】同様に、入力ディジタルデータd がＦＦh
である時、この光強度はＰf f であるので、次の数９を
得る。

【数９】

【００２７】数７と数９は等しいので、次の数１０を得
る。

【数１０】

【００２８】数１０より次の数１１に示すＲの２次方程
式を得る。

【数１１】

【００２９】上に示した数１１を満たす正の解Ｒが存在
すれば、温度Ｔ１とＴ２では入力ディジタルデータd が
０の場合は０、入力ディジタルデータdがＦＦh の場合
はＰf f となり、２つの温度でともに光強度は等しくな
る。１次の係数Ｒp １＋Ｒp２＋Ｒv は常に正なので、
正の解Ｒがたかだか１つ存在して、その存在する条件は
０次の係数が正であることであり、次に示す数１２で表
わされる。

【数１２】

【００３０】Ｉ／Ｖ変換回路３が、数１２を満足するよ
うな特性を有するポジスタ３１と、数１１で示される抵
抗３２を有するように構成されるならば、温度がＴ１と
Ｔ２の間の場合に入力ディジタルデータd がＦＦh の場
合はこの光強度はＰf f となり、入力ディジタルデータ
d が０の場合はこの光強度は０となる。また０ないしＦ
Ｆh の入力ディジタルデータd に対しても、次の数１３
で示されるような光強度p が得られる。

【数１３】

【００３１】以上、詳述したように、Ｉ／Ｖ変換回路３
が出力するアナログ電圧は、温度補償素子であるポジス
タ３１により、半導体レーザ素子１のスロープ効率ηに
よる光強度の変動を打ち消すような温度特性を付加され
ているので光強度は温度により変動しない。従って、入
力されるディジタルデータと発生する光強度の関係は温
度によらず安定な関係となる。

【００３２】しかして本発明では、しきい値データ出力
回路５がしきい値データ出力手段に、加算回路５がデー
タ加算出力手段に、Ｄ／Ｉ変換回路４とＩ／Ｖ変換回路
３とがデータ／物理量変換手段に、ドライブ回路２が半
導体レーザ素子駆動手段に、そしてポジスタ３１が温度
補償素子に相当する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の半導体レーザ駆動回路は、データ／物理量変換手
段に温度補償素子を備えてデータ・物理量間の変換利得
に温度特性をもたせ半導体レーザ素子のスロープ効率の
温度特性を補償するように構成されているので、温度が
変化しても入力されるディジタルデータと半導体レーザ
素子が発生するレーザ光の光強度の関係は安定となる。
したがって半導体レーザ素子の温度変化にも安定したレ
ーザ駆動が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ駆動回路の全体の構成を
示した回路図である。

【図２】しきい値電流回路の構成を示した回路図であ
る。

【図３】Ｄ／Ｉ変換回路の構成を示す図である。

【図４】ポジスタの温度特性を示す図である。

【図５】半導体レーザ素子の駆動電流と光強度の関係を
示した図である。

【図６】半導体レーザ素子のスロープ効率の温度特性を
示した図である。

【図７】従来の入力ディジタルデータと光強度の関係を
示した図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ素子 ２ ドライブ回路 ３ Ｉ／Ｖ変換回路 ４ Ｄ／Ｉ変換回路 ５ しきい値データ出力回路 ６ 加算回路 ３１ ポジスタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 外部より入力される記録データに基づい
   て半導体レーザ素子をオンオフ駆動させる半導体レーザ
   駆動回路において、 しきい値電流に相当するしきい値データを出力するしき
   い値データ出力手段と、 前記しきい値データ出力手段により出力されるしきい値
   データと前記外部より入力される記録データとを加算し
   て出力するデータ加算出力手段と、 前記加算出力手段により出力された加算データを物理量
   に変換するデータ／物理量変換手段と、 前記データ／物理量変換手段により変換された物理量に
   基づいて前記半導体レーザ素子を電流駆動させる半導体
   レーザ素子駆動手段とを備え、 前記データ／物理量変換手段が前記半導体レーザ素子の
   スローブ効率の変動に伴うレーザ光強度の変動を打ち消
   す温度特性をもつ温度補償素子を有することを特徴とす
   る半導体レーザ素子駆動回路。