JPH0567825A - 半導体レーザ駆動回路 - Google Patents

半導体レーザ駆動回路

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JPH0567825A
JPH0567825A JP3227299A JP22729991A JPH0567825A JP H0567825 A JPH0567825 A JP H0567825A JP 3227299 A JP3227299 A JP 3227299A JP 22729991 A JP22729991 A JP 22729991A JP H0567825 A JPH0567825 A JP H0567825A
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JP
Japan
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semiconductor laser
light intensity
reference voltage
current
temperature
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JP3227299A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Ohashi
勉 大橋
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Brother Industries Ltd
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Brother Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度が変化してモニタフォトダイオードの暗
電流が変化しても入力信号と得られる光強度の関係が変
化しないように基準電圧を補正する半導体レーザ駆動装
置を提供する。 【構成】 電流駆動されてレーザ光を発生する半導体レ
ーザと、レーザ光の一部を受光して光電流に変換するモ
ニタ手段と、該光電流を増幅して光強度信号を出力する
増幅器と、光強度の基準となる基準電圧を出力する基準
電圧手段と、該光強度信号と該基準電圧との大小を比較
する比較器と、該比較器の比較結果により、該半導体レ
ーザのしきい値電流に相当するしきい値情報を出力し
て、光強度を一定に保つしきい値電流手段と、入力信号
と該しきい値情報を加算した結果に基づいて駆動電流を
出力するドライブ手段とからなる半導体レーザ駆動回路
において、モニタ手段の温度特性を打ち消すような温度
特性をもった温度補償素子を上記基準電圧手段に備えた
構成である。

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入
力信号に対応した強度のレーザ光を発生する半導体レー
ザ駆動回路に関し、更に詳細には温度補償素子を備えた
半導体レーザ駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザプリンタ等では半導体レーザから
の変調光で感光体を走査、露光して画像の書き込みを行
なっているが、周知のように半導体レーザはしきい値電
流と呼ぶ電流値を超える電流で駆動されるとレーザ光を
出射する特性を有している。このしきい値電流は個々の
素子によってまた温度によって大きく変化するので、半
導体レーザの出力する光強度は同じ駆動電流であっても
個々の素子によって大きく異なるし、また温度に対して
非常に不安定である(図9参照)。
【0003】このような不安定なレーザビームで露光し
て作像を行なうと出力画像につぶれやかすれが生じ、画
像品質を著しく損なう。このため、半導体レーザの周囲
温度が変化する環境下では半導体レーザの出力制御装置
等により半導体レーザの光強度を安定化させる必要があ
る。
【0004】そこで従来は、しきい値電流の変化によっ
て半導体レーザの光強度が変化するのを防ぐために、半
導体レーザ駆動回路においては、本来の変調動作の合間
に、しきい値電流手段が所定の時間間隔でモニタダイオ
ードにより半導体レーザの発生するレーザ光の光強度を
モニタして所定の入力信号(以下制御信号という)に対
応する該光強度が一定になるように半導体レーザに流す
バイアス電流を制御する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の温度を一定に
保って駆動していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モニタ
ダイオードの種類によっては、図2に示すように、温度
が上昇すると暗電流が増加する特性を有している。そう
するとレーザ光の光強度が大きくなったものとしてしき
い値電流手段が駆動電流を減らすので結果として光強度
は減少してしまううという問題点があった。
【0006】またペルチェ素子等を用いる方法では装置
が大規模になってしまったり、結露の恐れがあるという
問題点があった。
【0007】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、その目的は、ペルチェ素子等を
用いることなく、温度が変化して暗電流の大きさが変化
しても入力データと光強度の関係が変化しない半導体レ
ーザ駆動回路を提供することにある。
【0008】
【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、電流駆動されてレ
ーザ光を発生する半導体レーザと、該半導体レーザのレ
ーザ光の一部を受光して光電流に変換するモニタ手段
と、該光電流を増幅して光強度信号を出力する増幅器
と、レーザ光の光強度の基準となる基準電圧を出力する
基準電圧手段と、該光強度信号と該基準電圧との大小を
比較する比較器と、該比較器の比較結果により、該半導
体レーザのしきい値電流に相当するしきい値情報を出力
して、光強度を一定に保つしきい値電流手段と、外部よ
り入力される入力信号と該しきい値情報を加算した結果
に基づいて駆動電流を出力するドライブ手段とからなる
半導体レーザ駆動回路であって、上記基準電圧手段にモ
ニタ手段の温度特性を打ち消す温度特性を有した温度補
償素子を備えている。
【0009】
【作用】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、以下に説明するような制御動作によっ
て入力信号と光強度の関係が一定に保たれる。
【0010】すなわち、本来の変調動作の合間に制御動
作が開始されるならば、入力信号を所定の制御信号に切
り替え、しきい値電流手段が発生するしきい値情報と加
算してドライブ手段は該加算結果に基づいて半導体レー
ザを電流駆動し、半導体レーザはレーザ光を出射する。
【0011】モニタ手段は例えばフォトダイオードによ
り構成されるものであり、上記レーザ光の一部を受光
し、光強度に比例した光電流を発生する。該光電流は増
幅器により増幅されて光強度信号となり、比較器により
基準電圧手段が出力する基準電圧と比較される。
【0012】しきい値電流手段は比較結果が基準電圧よ
りも光強度信号が大きいならば所定光強度より大きいの
でしきい値情報を減らす。また、基準電圧よりも光強度
信号が小さいならば所定光強度より小さいのでしきい値
情報を増やす。
【0013】該制御動作を繰り返すことにより制御信号
に対するレーザ光の光強度を一定に保つのである。
【0014】この時、しきい値情報は半導体レーザのし
きい値電流の大きさに対応しており、温度変化によりし
きい値電流が変化してもそれにつれてしきい値情報も変
化するので半導体レーザの光強度は一定に保たれる。
【0015】モニタ手段が発生する電流はレーザ光によ
る光電流とそうでない暗電流とからなり、温度変化によ
る暗電流の変化は、該対応する光強度信号の変化となる
が比較される基準電圧が基準電圧手段の温度補償素子に
より変化して打ち消すので、すなわち、温度が高くなっ
て暗電流が大きくなると見かけ上光強度信号は大きくな
るが基準電圧も同様に大きくなるので実際の光強度は変
化しないし、温度が低くなった場合についても同様に光
強度は変化しない。
【0016】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。
【0017】
【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。
【0018】図1乃至図9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。
【0019】本発明の半導体レーザ駆動回路は図1に図
示するように半導体レーザ1とドライブ回路2とモニタ
フォトダイオード3と増幅回路4と基準電圧回路5と比
較回路6としきい値情報回路7とから構成されるもの
で、入力される例えば8ビットの入力ディジタルデータ
に比例して変調された光強度のレーザ光を発生するもの
である。
【0020】ドライブ回路2は図3に図示するように加
算回路21とD/A変換回路22と駆動回路23とから
構成されるものであり、入力ディジタルデータとしきい
値データと加算してD/A変換して、該加算値に比例し
た電流を半導体レーザ1に出力するものである。
【0021】モニタフォトダイオード3は通常半導体レ
ーザ1と同一容器に格納され、所定の一定電圧の逆バイ
アス電圧が印加されており、半導体レーザ1の背面光を
受光して光電流を発生するものである。先に説明したよ
うに受光によらず温度によって大きさの変化する暗電流
も発生している。この2つの電流を合わせてモニタ電流
と呼ぶ。
【0022】増幅回路4は図4に図示するようにオぺア
ンプ41と抵抗42からなるもので、モニタ電流を増幅
しモニタ電圧に変換する回路である。
【0023】基準電圧回路5は図5に図示するように定
電流回路51と抵抗52と感温素子の一種であるポジス
タ53とからなるもので、レーザ光の光強度の基準とな
る基準電圧を発生するものである。
【0024】比較回路6は図6に図示するようにコンパ
レータ61から構成されるもので、モニタ電圧と基準電
圧を比較し、レーザ光の光強度が基準光強度より大きい
のか否かを判定して判定信号を出力するものである。
【0025】しきい値情報回路7は図7に図示するよう
に制御回路71とアップダウンカウンタ(以下カウン
タ)72とから構成され、後に説明するような判定信号
にもとづく制御動作によりカウンタ72のカウント値を
増減してしきい値データとして出力するものである。し
きい値データは半導体レーザ1のしきい値電流に対応す
るものであり、しきい値電流の増減に伴い増減すること
により入力ディジタルデータと半導体レーザの光強度の
関係を一定に保つ働きをするものである。
【0026】次に、上述されたように構成された半導体
レーザ駆動回路の入力ディジタルデータと半導体レーザ
1の光強度の関係を一定に保つ制御動作について説明す
る。
【0027】すなわち、図示及び説明を省略する制御信
号が、本来の変調時期の合間に制御回路71に入力され
ると、入力ディジタルデータは制御データに切り替えら
れ、例えばFFhとなり、カウンタ72のカウント値は
所定数Nだけ減じられる。(Nは正の整数)半導体レー
ザ1の背面光がモニタフォトダイオード3に入光し、光
電流を発生する。光電流と暗電流の和であるモニタ電流
は増幅回路4で増幅され基準電圧と比較回路6で大小比
較される。該比較出力はカウンタ72に接続されてお
り、比較回路6が、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
するまで説明を省略するクロック信号CLKによりカウ
ンタ72は2Nを限度としてカウントアップされる。
【0028】1回の制御動作ではカウンタ72は±Nだ
けカウント値を変化させることができ、Nを大きくすれ
ば制御利得は大きくなり、Nを小さくすれば制御利得は
小さくなる。
【0029】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回路5のカウンタ72のカウント
値(すなわちしきい値データ)が変化し、しきい値情報
回路7は半導体レーザ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の時の該光強
度をPffに保つのである。
【0030】半導体レーザ1は図2に示すように、駆動
電流がしきい値電流を越えてからは光強度は直線的に増
加する特性であり、上記制御動作が行われているので、
入力ディジタルデータと光強度の関係は一定のものとな
る。
【0031】次に、本発明の特徴部分である基準電圧回
路5の動作について説明する。
【0032】モニタフォトダイオード3が発生するモニ
タ電流はレーザ光による光電流と暗電流の合計であるの
で次に示す式1のように表せる。ここでImはモニタ電
流、Ilは半導体レーザ1の光強度がPのときの光電
流、Idは温度tでの暗電流である。
【0033】 Im=Il+Id (式1) モニタフォトダイオード3において暗電流Idは温度上
昇により増加する特性を有しており、温度tでの暗電流
Idは逆バイアス電圧が一定なので定数K1を用いて次
の式2のように表せる。
【0034】 Id=K1・exp(t/10.9) (式2) 該モニタ電流Imは増幅回路4によりモニタ電圧Vmに
増幅変換される。変換定数をK2としてこれは次の式3
のように表せる。
【0035】 Vm=K2・Im (式3) ポジスタ53はその抵抗値の対数が温度に比例するとい
う温度特性を有しており、例えば図8で示されるような
ものであり、温度tでのポジスタ53の抵抗値Rthは
次に示す式4のようである。(Rp、Dは定数である) Rth=Rp・exp(t/D) (式4) 基準電圧回路5が出力する基準電圧Vrefは定電流回
路51が出力する定電流の大きさをIcで、抵抗52の
大きさをRで表すならば、次に示す式5のようである。
【0036】 Vref=Ic・(R+Rth) (式5) 先に説明したように半導体レーザ1の光強度を一定に保
つ制御動作が行われているので、式3で表されるモニタ
電圧Vmは式5で表される基準電圧Vrefに等しくな
る。従って次に示す式6を得る。
【0037】 K2・{Il+K1・exp(t/10.9)} =Ic・{R+Rp・exp(t/D)} (式6) 半導体レーザ1の光強度による光電流Ilが温度tの影
響を受けないためには式6で温度tの項が存在しないこ
とが必要である。これは次に示す式7で表され、このと
き半導体レーザ1の光強度はPである。
【0038】 K1・K2・exp(t/10.9) =Ic・Rp・exp(t/D) (式7) 式7から式8、式9を得る。
【0039】 D=10.9 (式8) Rp=K1・K2/Ic (式9) すなわち、式8、式9を満足するようにポジスタ53を
選べばモニタフォトダイオード3の温度特性は基準電圧
の温度特性と打ち消し合って、半導体レーザ1の光強度
は温度によらず変化しない。
【0040】以上、詳述したように、基準電圧回路5が
出力する基準電圧は、温度補償素子であるポジスタ53
により、モニタフォトダイオード3の暗電流の変化によ
る半導体レーザ1の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。
【0041】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。
【0042】
【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基準電圧回路に温度補償
素子を備えて基準電圧に温度特性をもたせ、モニタフォ
トダイオードの暗電流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が発生するレーザ光の光強度の
関係は安定となる効果を有している。
【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
示した図である。
【図2】モニタダイオードの暗電流の温度特性を示す図
である。
【図3】ドライブ回路の構成を示した図である。
【図4】増幅回路を示した図である。
【図5】基準電圧回路を示した図である。
【図6】比較回路を示した図である。
【図7】しきい値情報回路の構成を示すブロック図であ
る。
【図8】ポジスタの温度特性を示す図である。
【図9】半導体レーザの駆動電流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 2 ドライブ回路 3 モニタフォトダイオード 4 増幅回路 5 基準電圧回路 6 比較回路 7 制御回路 53 ポジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流駆動されてレーザ光を発生する半導
    体レーザと、 該半導体レーザのレーザ光の一部を受光して光電流に変
    換するモニタ手段と、 該光電流を増幅して光強度信号を出力する増幅器と、 レーザ光の光強度の基準となる基準電圧を出力する基準
    電圧手段と、 該光強度信号と該基準電圧との大小を比較する比較器
    と、 該比較器の比較結果により、該半導体レーザのしきい値
    電流に相当するしきい値情報を出力して、光強度を一定
    に保つしきい値電流手段と、 外部より入力される入力信号と該しきい値情報を加算し
    た結果に基づいて駆動電流を出力するドライブ手段とか
    らなる半導体レーザ駆動回路において、 上記基準電圧手段に所定の温度特性を有する温度補償素
    子を備え、モニタ手段の温度特性を打ち消す温度特性を
    もたせたことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
JP3227299A 1991-09-06 1991-09-06 半導体レーザ駆動回路 Pending JPH0567825A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288868A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Fuji Xerox Co Ltd 発光素子駆動装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288868A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Fuji Xerox Co Ltd 発光素子駆動装置

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