JPH067614B2 - 半導体レーザ駆動方式 - Google Patents
半導体レーザ駆動方式Info
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- JPH067614B2 JPH067614B2 JP63055747A JP5574788A JPH067614B2 JP H067614 B2 JPH067614 B2 JP H067614B2 JP 63055747 A JP63055747 A JP 63055747A JP 5574788 A JP5574788 A JP 5574788A JP H067614 B2 JPH067614 B2 JP H067614B2
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- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/30—Driver circuits
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、半導体レーザを駆動する方法に関するもの
である。
である。
＜従来の技術＞ 半導体レーザは、ある種のＰＮ接合に順方向電流ＩＦを
流すことによりレーザ光を得るもので、ＩＦと光出力Ｐ
ｏとの関係はリニアではなく、ＩＦを増加していくと、
ある電流Ｉｔｈでレーザ発振が始まり、以後はＩＦの増
加と共にレーザ光出力Ｐｏも増加する。この特性を第２
図に示す。
流すことによりレーザ光を得るもので、ＩＦと光出力Ｐ
ｏとの関係はリニアではなく、ＩＦを増加していくと、
ある電流Ｉｔｈでレーザ発振が始まり、以後はＩＦの増
加と共にレーザ光出力Ｐｏも増加する。この特性を第２
図に示す。
ところが、Ｉｔｈや微分効率ηと呼ばれるＩＦの変化に
対するＰｏの変化の割合は一定ではなく、周囲温度や個
体によって変化する。
対するＰｏの変化の割合は一定ではなく、周囲温度や個
体によって変化する。
このような半導体レーザを一定光出力で駆動するため
に、第３図に示す方式が一般に用いられている。１は半
導体レーザで、増幅器３の出力で制御される電流源４に
よって駆動される。また光出力はホトダイオード２によ
ってモニタされ、第３図では抵抗５によって電圧に変換
される。この電圧は増幅器３に入力され、全体で負帰還
ループを構成している。増幅器３の一方の入力には、基
準電圧Ｖrefが印加されており、結局光出力は基準電圧
で規定される一定値になる。
に、第３図に示す方式が一般に用いられている。１は半
導体レーザで、増幅器３の出力で制御される電流源４に
よって駆動される。また光出力はホトダイオード２によ
ってモニタされ、第３図では抵抗５によって電圧に変換
される。この電圧は増幅器３に入力され、全体で負帰還
ループを構成している。増幅器３の一方の入力には、基
準電圧Ｖrefが印加されており、結局光出力は基準電圧
で規定される一定値になる。
第３図は、定常的に一定光出力を得るための構成である
が、ある種の応用においては、一定光出力を高速でオン
・オフする必要が生じる。その場合は例えば、第４図に
示す構成が用いられる。第４図は第３図の構成に、アナ
ログスイッチ７と静電容量８で構成されるサンプルホー
ルド回路と、高速電流スイッチ６、およびバッファアン
プ９追加したものである。第４図の動作は次のようなも
のである。まず、電流スイッチ６を右側に、スイッチ７
をオンにして、基準電圧Ｖrefで規定される一定光出力
を得る。次に７をオープンにする。このとき、ホールド
容量８で電圧が保持されるので、半導体レーザを駆動す
る電流は、変化しない。そうして電流スイッチ６を高速
でオン・オフして、光出力をオン・オフする。
が、ある種の応用においては、一定光出力を高速でオン
・オフする必要が生じる。その場合は例えば、第４図に
示す構成が用いられる。第４図は第３図の構成に、アナ
ログスイッチ７と静電容量８で構成されるサンプルホー
ルド回路と、高速電流スイッチ６、およびバッファアン
プ９追加したものである。第４図の動作は次のようなも
のである。まず、電流スイッチ６を右側に、スイッチ７
をオンにして、基準電圧Ｖrefで規定される一定光出力
を得る。次に７をオープンにする。このとき、ホールド
容量８で電圧が保持されるので、半導体レーザを駆動す
る電流は、変化しない。そうして電流スイッチ６を高速
でオン・オフして、光出力をオン・オフする。
第４図の構成の場合、容量８でホールドされる電圧はア
ナログ量のため、長時間一定値を保持するのは困難であ
る。長時間にわたって光出力を一定に保つことができる
ように考えられたのが次の第５図の駆動方法である。
ナログ量のため、長時間一定値を保持するのは困難であ
る。長時間にわたって光出力を一定に保つことができる
ように考えられたのが次の第５図の駆動方法である。
第５図は、第４図のサンプルホールド部とバッファアン
プを除いて、アップ／ダウン・カウンタ１１とＤ／Ａ変
換器１０と発振器１２を導入したもので、増幅器３はコ
ンパレータとして働く。アップ／ダウン・カウンタ１１
は、コンパレータ３の出力が“ＨＩＧＨ”の場合、発振
器１２の出力パルスをカウントアップして、逆に“ＬＯ
Ｗ”の場合カウントダウンする。カウント結果はＤ／Ａ
変換器１０でＩＦに変換され、レーザダイオード１を駆
動する。第５図では、電流スイッチ６が右側に倒れた場
合に、全体として負帰還ループを構成して光出力は基準
電圧Ｖrefで規定される値になる。第５図の場合１カウ
ント分の誤差は生じるが、帰還ループ中にディジタルコ
ードとなる部分があるため、長時間ホールドについても
問題ない。但し、前述のように半導体レーザのＩＦ−Ｐ
ｏ特性がリニアでないため、高精度で一定光出力を得る
には、高分解能のＤ／Ａ変換器が必要になる。
プを除いて、アップ／ダウン・カウンタ１１とＤ／Ａ変
換器１０と発振器１２を導入したもので、増幅器３はコ
ンパレータとして働く。アップ／ダウン・カウンタ１１
は、コンパレータ３の出力が“ＨＩＧＨ”の場合、発振
器１２の出力パルスをカウントアップして、逆に“ＬＯ
Ｗ”の場合カウントダウンする。カウント結果はＤ／Ａ
変換器１０でＩＦに変換され、レーザダイオード１を駆
動する。第５図では、電流スイッチ６が右側に倒れた場
合に、全体として負帰還ループを構成して光出力は基準
電圧Ｖrefで規定される値になる。第５図の場合１カウ
ント分の誤差は生じるが、帰還ループ中にディジタルコ
ードとなる部分があるため、長時間ホールドについても
問題ない。但し、前述のように半導体レーザのＩＦ−Ｐ
ｏ特性がリニアでないため、高精度で一定光出力を得る
には、高分解能のＤ／Ａ変換器が必要になる。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 第５図の方式において、半導体レーザのＩＦ−Ｐｏ特性
で、ＩＦがＩｔｈに満たない場合レーザ発振は起こらな
い。よって、ＩＦがＩｔｈ以下の領域は制御に用いるこ
とができない。そのために、ＩＦの量子化誤差に比べて
Ｐｏの量子化誤差は大きくなる。本発明は上述の問題点
を解決し、Ｐｏの制御精度を上げることを目的としてい
る。
で、ＩＦがＩｔｈに満たない場合レーザ発振は起こらな
い。よって、ＩＦがＩｔｈ以下の領域は制御に用いるこ
とができない。そのために、ＩＦの量子化誤差に比べて
Ｐｏの量子化誤差は大きくなる。本発明は上述の問題点
を解決し、Ｐｏの制御精度を上げることを目的としてい
る。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明の半導体レーザ駆動方式は、一定光出力を得るた
めの帰還ループ中に少なくとも２個のＤ／Ａ変換器を有
するシステムを用いて行う半導体レーザ駆動方式に於い
て、一の上記Ｄ／Ａ変換器で上記一定光出力に対して予
め設定された所定の値まで光出力を粗調整し、他の上記
Ｄ／Ａ変換器で、上記予め設定された所定の値から上記
一定光出力まで光出力を微調整し、高精度の光出力を得
ることを特徴とするものである。
めの帰還ループ中に少なくとも２個のＤ／Ａ変換器を有
するシステムを用いて行う半導体レーザ駆動方式に於い
て、一の上記Ｄ／Ａ変換器で上記一定光出力に対して予
め設定された所定の値まで光出力を粗調整し、他の上記
Ｄ／Ａ変換器で、上記予め設定された所定の値から上記
一定光出力まで光出力を微調整し、高精度の光出力を得
ることを特徴とするものである。
第１図は本発明のブロック図であって、第１図におい
て、１はレーザダイオード、２は光出力モニタ用のホト
ダイオード、３，１４はコンパレータ、４，１３はそれ
ぞれ、Ｄ／Ａ変換器１０，１５で制御される電流源、５
は抵抗、６は高速電流スイッチ、１１，１６はアップ／
ダウン・カウンタ、１２は発振器である。第１図は、
１，２，３，１１，１０，４，６，１からなるフィード
バックループＡ、及び、１，２，１４，１６，１５，１
３，６，１からなるフイードバックループＢの２系統の
負帰還ループで構成されている。フィードバックループ
Ａで光出力の粗調整（大まかな調整）を行ない、フィー
ドバックループＢで微調整を行なう。
て、１はレーザダイオード、２は光出力モニタ用のホト
ダイオード、３，１４はコンパレータ、４，１３はそれ
ぞれ、Ｄ／Ａ変換器１０，１５で制御される電流源、５
は抵抗、６は高速電流スイッチ、１１，１６はアップ／
ダウン・カウンタ、１２は発振器である。第１図は、
１，２，３，１１，１０，４，６，１からなるフィード
バックループＡ、及び、１，２，１４，１６，１５，１
３，６，１からなるフイードバックループＢの２系統の
負帰還ループで構成されている。フィードバックループ
Ａで光出力の粗調整（大まかな調整）を行ない、フィー
ドバックループＢで微調整を行なう。
＜作 用＞ 第１図で、各負帰還ループの動作は第５図と同じである
が、基準電圧１Ｖref１は目的とする光出力Ｐo2より少
し低い光出力Ｐo1を目標値として設定されており、基準
電圧２Ｖref２は目的とする光出力Ｐo2を目標値として
設定されている。まず両方のカウンタ１１，１６をリセ
ットして、電流源４，１３の電流をゼロにして、スイッ
チ６は右に倒してフィードバックループＡを動作させ
る。このとき、電流源４の電流は、光出力がＰo1になる
電流ＩF1を目標に増加して、やがて、ＩＦ１から±ΔＩ
F1の範囲で振動するようになる。ΔＩF1は（Ｄ／Ａ変換
器１０がフルスケールになった場合の電流源４の電流）
÷（Ｄ／Ａ変換器１０の分解能）、即ち、Ｄ／Ａ変換器
１０の１ＬＳＢに相当する電流源４の電流である。ここ
で、Ｄ／Ａ変換器１０の分解能とは達成可能なアナログ
レベル数である。次にカウンタ１１のカウントを停止し
て、その時点のカウント値をホールドする。このとき電
流源４の電流は、目標値ＩF1から±ΔＩF1の範囲内の定
電流ＩF1′になる。次にフィードバックループＢを動作
させる。レーザダイオード１の駆動電流は、ＩF1′に電
流源１３の電流が加算され、電流源１３の電流は光出力
がＰo2になる値ＩF2を目標に増加して、フィードバック
ループＡの場合と同様にＩF2から±ΔＩF2の範囲で振動
するようになる。ここにΔＩF2は、Ｄ／Ａ変換器１５の
１ＬＳＢ相当の電流源１３の電流である。ここで、カウ
ンタ１６のカウント動作を停止して、カウント値をホー
ルドすると、電流源１３の電流は、その目標値ＩF2から
±ΔＩF2の範囲内の定電流ＩF2′となる。結局レーザダ
イオード１の駆動電流は、ＩF1′＋ＩF2′になり、その
目標値からの誤差は、フィードバックループＡには依存
せず、フィードバックループＢでの誤差のみ、即ち、±
ΔＩF2以内となる。Ｄ／Ａ変換器１５がフルスケールに
なった場合の電流源１３の電流は、ＩF1に比べて小さく
選ぶことが可能なので、ΔＩF2は、１系統で同一分解能
のＤ／Ａ変換器を使用する場合に比較して、非常に小さ
くすることができ、光出力Ｐｏを高精度で制御できる。
以上の様子は第６図を参照されたい。尚基準電圧１Ｖre
fを目的とする光出力Ｐo2より少し高い値に設定して、
高い側から目的の光出力に接近させる場合と同様であ
る。
が、基準電圧１Ｖref１は目的とする光出力Ｐo2より少
し低い光出力Ｐo1を目標値として設定されており、基準
電圧２Ｖref２は目的とする光出力Ｐo2を目標値として
設定されている。まず両方のカウンタ１１，１６をリセ
ットして、電流源４，１３の電流をゼロにして、スイッ
チ６は右に倒してフィードバックループＡを動作させ
る。このとき、電流源４の電流は、光出力がＰo1になる
電流ＩF1を目標に増加して、やがて、ＩＦ１から±ΔＩ
F1の範囲で振動するようになる。ΔＩF1は（Ｄ／Ａ変換
器１０がフルスケールになった場合の電流源４の電流）
÷（Ｄ／Ａ変換器１０の分解能）、即ち、Ｄ／Ａ変換器
１０の１ＬＳＢに相当する電流源４の電流である。ここ
で、Ｄ／Ａ変換器１０の分解能とは達成可能なアナログ
レベル数である。次にカウンタ１１のカウントを停止し
て、その時点のカウント値をホールドする。このとき電
流源４の電流は、目標値ＩF1から±ΔＩF1の範囲内の定
電流ＩF1′になる。次にフィードバックループＢを動作
させる。レーザダイオード１の駆動電流は、ＩF1′に電
流源１３の電流が加算され、電流源１３の電流は光出力
がＰo2になる値ＩF2を目標に増加して、フィードバック
ループＡの場合と同様にＩF2から±ΔＩF2の範囲で振動
するようになる。ここにΔＩF2は、Ｄ／Ａ変換器１５の
１ＬＳＢ相当の電流源１３の電流である。ここで、カウ
ンタ１６のカウント動作を停止して、カウント値をホー
ルドすると、電流源１３の電流は、その目標値ＩF2から
±ΔＩF2の範囲内の定電流ＩF2′となる。結局レーザダ
イオード１の駆動電流は、ＩF1′＋ＩF2′になり、その
目標値からの誤差は、フィードバックループＡには依存
せず、フィードバックループＢでの誤差のみ、即ち、±
ΔＩF2以内となる。Ｄ／Ａ変換器１５がフルスケールに
なった場合の電流源１３の電流は、ＩF1に比べて小さく
選ぶことが可能なので、ΔＩF2は、１系統で同一分解能
のＤ／Ａ変換器を使用する場合に比較して、非常に小さ
くすることができ、光出力Ｐｏを高精度で制御できる。
以上の様子は第６図を参照されたい。尚基準電圧１Ｖre
fを目的とする光出力Ｐo2より少し高い値に設定して、
高い側から目的の光出力に接近させる場合と同様であ
る。
＜実施例＞ 第７図に本発明の実施例を示す。第１図の電流スイッチ
６を１０６で構成、電流源４，１３をそれぞれ１０４，
１１３で構成している。なお、第１図のコンパレータ
３，１４および基準電圧１、基準電圧２は、第７図で
は、コンパレータ１０３と基準電圧Ｖref、および抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、トランジスタＱ１でまとめてあ
る。表１は、コントロールロジックと、カウンタ１，
２、Ｑ１および電流スイッチ１０６の動作の対応表であ
る。カウンタ２は大まかな調整用、カウンタ１は微調整
用で、コントロール信号Ｒ及びＣが１０→１１→０１→
００で一連の光出力設定サイクルになっている。
６を１０６で構成、電流源４，１３をそれぞれ１０４，
１１３で構成している。なお、第１図のコンパレータ
３，１４および基準電圧１、基準電圧２は、第７図で
は、コンパレータ１０３と基準電圧Ｖref、および抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、トランジスタＱ１でまとめてあ
る。表１は、コントロールロジックと、カウンタ１，
２、Ｑ１および電流スイッチ１０６の動作の対応表であ
る。カウンタ２は大まかな調整用、カウンタ１は微調整
用で、コントロール信号Ｒ及びＣが１０→１１→０１→
００で一連の光出力設定サイクルになっている。
その他の実施例を第８図に示す。第９図は当該実施例に
おける調整動作の時間変化を示す図である。
おける調整動作の時間変化を示す図である。
第７図の前記実施例においてはフィードバックループＡ
（粗調整）の光出力目標値は最終的な光出力目標値以下
に設定されるが、第８図の実施例ではフイードバックル
ープＡ（粗調整）の光出力目標値（Ｐo1）は最終的な光
出力目標値（Ｐo2）以上に設定される。
（粗調整）の光出力目標値は最終的な光出力目標値以下
に設定されるが、第８図の実施例ではフイードバックル
ープＡ（粗調整）の光出力目標値（Ｐo1）は最終的な光
出力目標値（Ｐo2）以上に設定される。
表２は当該実施例における動作を表１に対応させて表わ
したものである。
したものである。
更にその他の実施例を第１０図に示す。第１１図は当該
実施例の調整動作の時間変化を示す図である。表３は本
実施例における動作を表わしたものである。
実施例の調整動作の時間変化を示す図である。表３は本
実施例における動作を表わしたものである。
本実施例では粗調整時の光出力目標値は最終的な光出力
目標値と同値に設定する。この方式では第７図、第８図
の実施例に比べ基準電圧切換え回路（Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３，Ｑ１）が不要となることなどの利点がある。
目標値と同値に設定する。この方式では第７図、第８図
の実施例に比べ基準電圧切換え回路（Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３，Ｑ１）が不要となることなどの利点がある。
なおフィードバックループＢ（微調整）を構成するカウ
ンタ１のイニシャライズ値はフルカウントの1/2にセッ
トされる。
ンタ１のイニシャライズ値はフルカウントの1/2にセッ
トされる。
＜発明の効果＞ 以上詳細に説明したように、本発明は、一のＤ／Ａ変換
器を有する帰還ループを用いた場合の光出力の精度と同
等の精度の光出力を得るシステムを、実現が容易な、上
記一のＤ／Ａ変換器の分解能より低分解能のＤ／Ａ変換
器で構成できるため、製品の低価格化が図れるという効
果を奏するものである。
器を有する帰還ループを用いた場合の光出力の精度と同
等の精度の光出力を得るシステムを、実現が容易な、上
記一のＤ／Ａ変換器の分解能より低分解能のＤ／Ａ変換
器で構成できるため、製品の低価格化が図れるという効
果を奏するものである。
第１図は、２系統の負帰還ループで構成した半導体レー
ザ駆動回路を示す図。第２図は、レーザダイオードの順
方向電流ＩＦと光出力Ｐｏとの関係を示す図。第３図
は、一定光出力を得るための半導体レーザ駆動回路ブロ
ック例を示す図。第４図は、サンプルホールド回路を用
いた、一定光出力の高速スイッチングを行なうための半
導体レーザ駆動回路ブロック例を示す図。第５図は、光
出力設定フィードバックループにＤ／Ａ変換器を挿入し
た、一定光出力の高速スイッチングを行なうための半導
体レーザ駆動回路ブロック例を示す図。第６図は、半導
体レーザのドライブ電流の時間変化及びＩＦ−Ｐｏ特性
（２系統）を示す図。第７図は、本発明の実施例を示す
図。第８図は、本発明による他の実施例を示す図。第９
図は同他の実施例における半導体レーザのドライブ電流
の時間変化及びＩＦ−Ｐｏ特性（２系統）を示す図。第
１０図は本発明による更に他の実施例を示す図。第１１
図は同更に他の実施例における半導体レーザのドライブ
電流の時間変化及びＩＦ−Ｐｏ特性図である。 １，１０１…半導体レーザ（レーザダイオード）、 ２，１０２…光出力モニタ用ホトダイオード、 ３，１０３…増幅器（コンパレータ）、 ４，１０４…電流源、 ５，１０５…抵抗、 ６，１０６…高速電流スイッチ、 ７…アナログスイッ
チ、 ８…電圧ホールド用静電容量、９…バッファアン
プ、 １０，１１０…Ｄ／Ａ変換器、 １１，１１１…
アップ／ダウン・カウンタ、 １２，１１２…発振器、
１３，１１３…電流源、 １４…増幅器（コンパレー
タ）、 １５，１１５…Ｄ／Ａ変換器、 １６，１１６
…アップ／ダウン・カウンタ。
ザ駆動回路を示す図。第２図は、レーザダイオードの順
方向電流ＩＦと光出力Ｐｏとの関係を示す図。第３図
は、一定光出力を得るための半導体レーザ駆動回路ブロ
ック例を示す図。第４図は、サンプルホールド回路を用
いた、一定光出力の高速スイッチングを行なうための半
導体レーザ駆動回路ブロック例を示す図。第５図は、光
出力設定フィードバックループにＤ／Ａ変換器を挿入し
た、一定光出力の高速スイッチングを行なうための半導
体レーザ駆動回路ブロック例を示す図。第６図は、半導
体レーザのドライブ電流の時間変化及びＩＦ−Ｐｏ特性
（２系統）を示す図。第７図は、本発明の実施例を示す
図。第８図は、本発明による他の実施例を示す図。第９
図は同他の実施例における半導体レーザのドライブ電流
の時間変化及びＩＦ−Ｐｏ特性（２系統）を示す図。第
１０図は本発明による更に他の実施例を示す図。第１１
図は同更に他の実施例における半導体レーザのドライブ
電流の時間変化及びＩＦ−Ｐｏ特性図である。 １，１０１…半導体レーザ（レーザダイオード）、 ２，１０２…光出力モニタ用ホトダイオード、 ３，１０３…増幅器（コンパレータ）、 ４，１０４…電流源、 ５，１０５…抵抗、 ６，１０６…高速電流スイッチ、 ７…アナログスイッ
チ、 ８…電圧ホールド用静電容量、９…バッファアン
プ、 １０，１１０…Ｄ／Ａ変換器、 １１，１１１…
アップ／ダウン・カウンタ、 １２，１１２…発振器、
１３，１１３…電流源、 １４…増幅器（コンパレー
タ）、 １５，１１５…Ｄ／Ａ変換器、 １６，１１６
…アップ／ダウン・カウンタ。
Claims (1)
- 【請求項１】一定光出力を得るための帰還ループ中に少
なくとも２個のＤ／Ａ変換器を有するシステムを用いて
行う半導体レーザ駆動方式に於いて、 一の上記Ｄ／Ａ変換器で上記一定光出力に対して予め設
定された所定の値まで光出力を粗調整し、 他の上記Ｄ／Ａ変換器で、上記予め設定された所定の値
から上記一定光出力まで光出力を微調整し、高精度の光
出力を得ることを特徴とする半導体レーザ駆動方式。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1988
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