JP2006019751A - レーザ出力制御装置およびレーザ出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザを構成するＬＤとＰＤとの少なくとも１つの接続構造に適用されて，レーザの出力を制御することが可能なレーザ出力制御装置および方法を提供する。
【解決手段】 レーザ出力制御装置１００に，少なくとも１つの接続構造を有し，前記接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとを含むレーザ部１１０と，上記接続構造に応じて，選択的に，前記フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるためのバイアス電圧を前記フォトダイオードに印加するバイアス電圧印加部１３０と，を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は，レーザ出力制御装置およびレーザ出力制御方法に関する。

半導体レーザは，ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤのような光記録装置だけでなく，レーザプリンタ，レーザファクシミリや複合機のような事務用機器に広く使われている。半導体レーザは，内部に２つの半導体素子，すなわち，レーザダイオード（以後，ＬＤとも称する。）とフォトダイオード（以後，ＰＤとも称する。）とを含む。その際に，ＬＤとＰＤのいずれか一方は順方向バイアスされ，他方は逆方向バイアスされるように構成される。光記録装置に使われる半導体レーザは，連続波による方法を使用してレーザを発生させる。光記録装置に適用可能な半導体レーザの，ＬＤとＰＤを接続する構造は，多様な構造とすることができる。例えば，ＬＤのアノードとＰＤのカソードとを接続する構造，ＬＤのカソードとＰＤのカソードとを接続する構造，ＬＤのカソードとＰＤのアノードとを接続する構造，ＬＤのアノードとＰＤのアノードとを接続する構造などを挙げることができる。これら構造のうち，ＬＤのアノードとＰＤのカソードとを接続すると共に，ＬＤのカソードとＰＤのカソードとを接続する構造が，標準化された構造として知られている。

特開平２０００−３３２３４９号公報

事務用機器に適用可能な半導体レーザは，高周波パルスを利用した高速オン／オフスイッチング方法を使用してレーザを発生させる。従来の事務用機器では，ＬＤのアノードとＰＤのカソードとを接続した構造を有する半導体レーザが一般的に適用されている。このように，事務用機器には，多様な接続構造ではなく，ＬＤのアノードとＰＤのカソードとを接続するという１パターンの接続構造をもつ半導体レーザのみが適用される。つまり，事務用機器のために特化された半導体レーザが適用される。そのため，事務用機器に使用される各種部品を，上述のレーザプリンタ等のレーザスキャニングユニットに使用される各種部品のように，汎用化することは困難である。また，事務用機器のために特化された半導体レーザのみが適用されることにより，該当する半導体レーザを製造する業務の独占化の恐れがあり，独占化の結果，事務用機器に適用される半導体レーザの値段が高くなる可能性がある。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，レーザを構成するＬＤとＰＤとの少なくとも１つの接続構造に適用されて，レーザの出力を制御することが可能なレーザ出力制御装置，およびレーザ出力制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，少なくとも１つの接続構造を有し，接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとを含むレーザ部と；接続構造に応じて，選択的に，フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるためのバイアス電圧をフォトダイオードに印加するバイアス電圧印加部と；を備えるレーザ出力制御装置が提供される。

上記レーザ出力制御装置は，フォトダイオードから提供される帰還電圧によって，レーザダイオードのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御するパワー制御部をさらに備えてもよい。

上記レーザ部は，レーザダイオードのカソードとフォトダイオードのアノードとが接続される（共通に連結される）第１接続構造（連結構造）と，レーザダイオードのカソードとフォトダイオードのカソードとが接続される第２接続構造のうち，いずれか１つの連結構造を有してもよい。

上記バイアス電圧印加部は，第１接続構造のフォトダイオードを逆方向バイアスさせる第１バイアス電圧を発生させるための第１バイアス電圧発生部と；第２接続構造のフォトダイオードを逆方向バイアスさせる第２バイアス電圧を発生させるための第２バイアス電圧発生部と；レーザダイオードとフォトダイオードとの接続構造に応じて，第１バイアス電圧または第２バイアス電圧を選択する選択部と；を備えてもよい。

上記バイアス電圧印加部は，選択部で選択される第１バイアス電圧または第２バイアス電圧を，フォトダイオードに流れるモニタリング電流に降圧させて帰還電圧として提供する可変抵抗部を備えてもよい。

上記第２バイアス電圧発生部は，所定の周波数で発振させて，互いに位相が異なる第１クロック信号および第２クロック信号を生成する発振部と；第１クロック信号および第２クロック信号を利用して，第２バイアス電圧の電流容量を増加させるための第３クロック信号および第４クロック信号を生成する電流制御部と；第３クロック信号および第４クロック信号を利用して，負の倍電圧を有する第５クロック信号を生成し，第５クロック信号を利用して，第２バイアス電圧を生成する負電圧発生部と；を備えてもよい。

上記レーザ出力制御装置は，レーザスキャニングユニットに内蔵されてもよい。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，少なくとも１つ接続構造を有し，接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとからなるレーザ部と；少なくとも１つのバイアス電圧を発生させるためのバイアス電圧発生部と；フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるために，フォトダイオードに印加するためのバイアス電圧を，接続構造に応じて，少なくとも１つのバイアス電圧から選択するための選択部と；を備えるレーザ出力制御装置が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，レーザダイオードのカソードとフォトダイオードのアノードとが接続される第１接続構造と，レーザダイオードのカソードとフォトダイオードのカソードとが接続される第２接続構造のうち，いずれか１つの接続構造を有するレーザ部と；第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を発生させるためのバイアス電圧発生部と；フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるために，第１バイアス電圧または第２バイアス電圧のいずれか１つを，接続構造に応じて，選択的にフォトダイオードに印加するための選択部と；を備えるレーザ出力制御装置が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，第１接続構造または第２接続構造のいずれかを有し，接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとを提供する工程と；第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を生成する工程と；フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるために，第１バイアス電圧および第２バイアス電圧のうちいずれか１つを，接続構造に応じて，選択的にフォトダイオードに印加する工程と；を含むレーザ出力制御方法が提供される。

上記レーザ出力制御方法は，フォトダイオードから提供される帰還電圧によって，レーザダイオードのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御する工程をさらに含んでもよい。

以上説明したように本発明によれば，本発明によれば，半導体レーザを構成するＬＤとＰＤとの接続構造に応じて，選択的に異なるバイアス電圧をＰＤに印加することによって，多様な接続構造を有する様々な半導体レーザで兼用されて，そのレーザの出力を制御することができる。そのため，部品の汎用化を可能にし，その結果，コスト節減を図ることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の実施形態によるレーザ出力制御装置１００の構成を示すブロック図である。レーザ出力制御装置１００は，レーザ部１１０，パワー制御部１２０，およびバイアス電圧印加部１３０を主に備える。

レーザ部１１０は，発光部の役割を行うＬＤと，受光部の役割を行うＰＤとからなり，ＬＤの１つの端子とＰＤの１つの端子とが接続される。レーザ部１１０を構成するＬＤとＰＤとの接続構造の例を，図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。

図２Ａに示したレーザ部１１０は，順方向バイアスされるＬＤ
２１０と，逆方向バイアスされるＰＤ２２０とで構成され，ＬＤ２１０のカソードとＰＤ２２０のアノードとが接続される第１接続構造を有し，接続された後の共通の端子は，接地に接続される。第１接続構造の場合，ＰＤ２２０のカソードから検出される帰還電圧が，パワー制御部１２０に提供される。図２Ｂに示したレーザ部１１０は，順方向バイアスされるＬＤ２３０と，逆方向バイアスされるＰＤ２４０とで構成され，ＬＤ２３０のカソードとＰＤ２４０のカソードとが接続される第２接続構造を有し，接続された後の共通端子は，接地に接続される。第２接続構造の場合，ＰＤ２４０のアノードから検出される帰還電圧が，パワー制御部１２０に提供される。

パワー制御部１２０は，広く使われるＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ
Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）方式のように，レーザ部１１０から提供される帰還電圧の大きさによって，ＬＤに印加される駆動電流のサイズを可変させて，ＬＤのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御する。帰還電圧は，モニタリング電流とバイアス電圧とによって決定される。モニタリング電流は，ＬＤから出力されるレーザ光に対してＰＤから検出した光を電流に変換して得られる。バイアス電圧は，ＰＤを逆方向バイアスさせるために使われる電圧であって，第１接続構造を有するレーザ部１１０である場合に正電圧となり，第２接続構造を有するレーザ部１１０の場合に負電圧となる。

バイアス電圧印加部１３０は，ＰＤをレーザ部１１０に対して逆方向にバイアスさせるバイアス電圧を印加する。レーザ部１１０に適用されるＬＤとＰＤとの接続構造によって，正電圧あるいは負電圧を選択的にＰＤに印加する。図２Ａに示したような第１接続構造である場合，正電圧から調整された電圧がＰＤのカソードに印加される。図２Ｂに示したような第２接続構造である場合，負電圧から調整された電圧がＰＤのアノードに印加される。

図３は，図１において，パワー制御部１２０の一実施形態の構成を示す図面であって，比較部３１０，自動パワー制御部３２０および駆動部３３０を含んでなる。

図３に示すように，比較部３１０は，入力信号と帰還電圧Ｖ_ｆとを比較して，比較結果による制御信号を自動パワー制御部３３０に提供する。比較部３１０は，例えば，ＮＡＮＤゲートを利用して実現できる。レーザスキャニングユニットに適用される場合，上記入力信号は，画像データとなる。

自動パワー制御部３２０は，ＬＤ３４０のレーザ光のパワーを一定に維持させるために，比較部３１０から提供される制御信号によって決定される電流と電圧とを有する駆動信号を生成して，駆動部３３０に提供する。自動パワー制御部３２０は，現在，一般的に広く使われるＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）化された集積回路チップを使用してもよい。

駆動部３３０は，自動パワー制御部３２０から提供される駆動信号によって，所定の駆動電流を発生させて，順方向バイアスされたＬＤ３４０に印加する。ＬＤ３４０は，印加される駆動電流の大きさに比例するレーザ光を発散する。

図４は，図１において，バイアス電圧印加部１３０の一実施形態の構成を示す図面であって，第１バイアス電圧生成部４１０，第２バイアス電圧生成部４２０，選択部４３０，可変抵抗部４４０およびＰＤ４５０を含んでなる。

図４に示すように，第１バイアス電圧生成部４１０は，レーザ部１１０が図２Ａに示したような第１接続構造を有する場合，ＰＤ４５０を逆方向にバイアスさせるための第１バイアス電圧を生成する。第１バイアス電圧Ｖ_ｃｃは，正電圧であって，例えば，レーザスキャニングユニットに一般的に提供される，＋５Ｖの電源電圧を使用する。

第２バイアス電圧生成部４２０は，レーザ部１１０が図２Ｂに示したような第２接続構造を有する場合，ＰＤ４５０を逆方向にバイアスさせるための第２バイアス電圧−Ｖ_ｅｅを生成する。第２バイアス電圧−Ｖ_ｅｅは，負電圧であって，例えば，−５Ｖを使用する。外部からレーザスキャニングユニットに負電圧が提供されないため，レーザスキャニングユニットの内部で生成して使用する。

選択部４３０は，第１バイアス電圧生成部４１０から提供される第１バイアス電圧Ｖ_ｃｃと，第２バイアス電圧生成部４２０から提供される第２バイアス電圧−Ｖ_ｅｅのうち，いずれか１つを選択して出力する。選択部４３０は，出力接点Ｔ_１と第１入力接点Ｔ_２，および第２入力接点Ｔ_３とを備えるスイッチとして実現できる。選択部４３０は，レーザ部１１０に使われるＬＤとＰＤとの接続構造によって，組立工程であらかじめ操作される。例えば，レーザ部１１０が第１接続構造を利用する場合，出力接点Ｔ_１は，第１入力接点Ｔ_２に，第２接続構造を利用する場合，出力接点Ｔ_１は，第２入力接点Ｔ_３に接続される。

可変抵抗部４４０は，ＰＤ４５０から検出された光に比例するモニタリング電流によって，第１あるいは第２バイアス電圧を降圧させて帰還電圧Ｖ_ｆを生成し，パワー制御部１２０に提供する。

図５は，図４において，第２バイアス電圧生成部４２０の一実施形態の構成を示すブロック図であって，発振部５１０，電流制御部５２０および負電圧発生部５３０を含んでなる。図５に示した各部の動作を，図６に示した細部回路図および図７Ａ〜図７Ｆの波形図と関連させて説明すれば，次の通りである。

図５において，発振部５１０は，所定周波数で発振させて異なる位相の第１および第２クロック信号を生成する。発振部５１０は，例えば，図６に示したようなシュミットトリガ回路を利用して発振を行い，発振周波数としては，使われる抵抗およびコンデンサの値を調整して，例えば，２２ＫＨｚが得られる。このような回路構成によれば，発振部５１０は，互いに９０°の位相差が出る第１クロック信号Ｖ_１（図７Ａ）と第２クロック信号Ｖ_２（図７Ｂ）とを生成する。

電流制御部５２０は，第１クロック信号Ｖ_１，および第２クロック信号Ｖ_２を利用して，第２バイアス電圧の電流容量を増加させるための第３クロック信号Ｖ_３，および第４クロック信号Ｖ_４を生成する。このために，電流制御部５２０は，図６に示したように，第１クロック信号Ｖ_１，および第２クロック信号Ｖ_２をベース端子として入力して，エミッタ端子で第３クロック信号Ｖ_３，および第４クロック信号Ｖ_４（図７Ｃおよび図７Ｄ）を生成する２つのトランジスタを使用する。このとき，使われるＰＤ４５０の定格電流によって，比較的高い電流増幅率ｈ_ｆｅと比較的低いコレクターエミッタ飽和電圧Ｖ_{ｃｅ（ｓａｔ）}とを有するトランジスタを使用することが望ましい。

負電圧発生部５３０は，第３クロック信号Ｖ_３，および第４クロック信号Ｖ_４を利用して，負の倍電圧を有する第５クロック信号Ｖ_５（図７Ｅ）を生成し，第５クロック信号Ｖ_５を利用して，第２バイアス電圧−Ｖ_ｅｅ（図７Ｆ）を生成する。第５クロック信号Ｖ_５は，図６に示したようなチャージポンプ回路を利用して得ることができる。第２バイアス電圧−Ｖ_ｅｅは，図６に示したように，ダイオードとコンデンサとを利用して，チャージポンプ回路から提供される第５クロック信号Ｖ_５を整流することによって得ることができる。

第２バイアス電圧生成部４２０の構成は，一実施形態に過ぎないものであって，ここに限定されず，必要とする負電圧は，多様な回路を利用して生成可能である。一方，第２バイアス電圧−Ｖ_ｅｅは，例えば，−５Ｖであって，外部から提供される負電圧が存在する場合，これから第２バイアス電圧を生成することも可能である。

上記実施形態によるレーザ出力制御装置１００は，高速オン／オフスイッチングを必要とするレーザプリンタあるいはレーザファクシミリや複合機のような事務用機器に適用されるレーザスキャニングユニットに内蔵されることができる。

上記実施形態によれば，半導体レーザを構成するレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）とフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）との接続構造に関係なく，レーザの出力を制御することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤのような光記録装置だけでなく，レーザプリンタ，レーザファクシミリや複合機のような事務用機器に適用可能である。

本発明の一実施形態によるレーザ出力制御装置の構成を示すブロック図である。 図１において，レーザ部を構成するＬＤとＰＤとの連結構造の例を示す図面である。 図１において，レーザ部を構成するＬＤとＰＤとの連結構造の例を示す図面である。 図１において，パワー制御部の一実施形態の構成を示す図面である。 図１において，バイアス電圧印加部の一実施形態の構成を示す図面である。 図４において，第２バイアス電圧生成部の一実施形態の構成を示す図面である。 図４に示した第２バイアス電圧生成部の一実施形態による細部的な回路図である。 図６において，各部の動作波形図である。 図６において，各部の動作波形図である。 図６において，各部の動作波形図である。 図６において，各部の動作波形図である。 図６において，各部の動作波形図である。 図６において，各部の動作波形図である。

符号の説明

１００ レーザ出力制御装置
１１０ レーザ部
１２０ パワー制御部
１３０ バイアス電圧印加部
２１０，２３０，３４０ レーザダイオード
２２０，２４０，４５０ フォトダイオード
３２０ 自動パワー制御部
３３０ 駆動部
４１０ 第１バイアス電圧生成部
４２０ 第２バイアス電圧生成部
４３０ 選択部
４４０ 可変抵抗部
５１０ 発振部
５２０ 電流制御部
５３０ 負電圧発生部
Ｖ_１ 第１クロック信号
Ｖ_２ 第２クロック信号
Ｖ_３ 第３クロック信号
Ｖ_４ 第４クロック信号
Ｖ_５ 第５クロック信号

Claims (16)

1. 少なくとも１つの接続構造を有し，前記接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとを含むレーザ部と；
   前記接続構造に応じて，選択的に，前記フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるためのバイアス電圧を前記フォトダイオードに印加するバイアス電圧印加部と；
   を備えることを特徴とするレーザ出力制御装置。
2. 前記フォトダイオードから提供される帰還電圧によって，前記レーザダイオードのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御するパワー制御部をさらに備えることを特徴とする，請求項１に記載のレーザ出力制御装置。
3. 前記レーザ部は，前記レーザダイオードのカソードと前記フォトダイオードのアノードとが接続される第１接続構造と，前記レーザダイオードのカソードと前記フォトダイオードのカソードとが接続される第２接続構造のうち，いずれか１つの連結構造を有することを特徴とする，請求項１または２に記載のレーザ出力制御装置。
4. 前記バイアス電圧印加部は，
   前記第１接続構造のフォトダイオードを逆方向バイアスさせる第１バイアス電圧を発生させるための第１バイアス電圧発生部と；
   前記第２接続構造のフォトダイオードを逆方向バイアスさせる第２バイアス電圧を発生させるための第２バイアス電圧発生部と；
   前記レーザダイオードと前記フォトダイオードとの前記接続構造に応じて，前記第１バイアス電圧または前記第２バイアス電圧を選択する選択部と；
   を備えることを特徴とする，請求項３に記載のレーザ出力制御装置。
5. 前記バイアス電圧印加部は，
   前記選択部で選択される前記第１バイアス電圧または前記第２バイアス電圧を，前記フォトダイオードに流れるモニタリング電流に降圧させて前記帰還電圧として提供する可変抵抗部；
   を備えることを特徴とする，請求項４に記載のレーザ出力制御装置。
6. 前記第２バイアス電圧発生部は，
   所定の周波数で発振させて，互いに位相が異なる第１クロック信号および第２クロック信号を生成する発振部と；
   前記第１クロック信号および前記第２クロック信号を利用して，前記第２バイアス電圧の電流容量を増加させるための第３クロック信号および第４クロック信号を生成する電流制御部と；
   前記第３クロック信号および前記第４クロック信号を利用して，負の倍電圧を有する第５クロック信号を生成し，前記第５クロック信号を利用して，前記第２バイアス電圧を生成する負電圧発生部と；
   を備えることを特徴とする，請求項４または５に記載のレーザ出力制御装置。
7. レーザスキャニングユニットに内蔵されることを特徴とする，請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ出力制御装置。
8. 少なくとも１つ接続構造を有し，前記接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとからなるレーザ部と；
   少なくとも１つのバイアス電圧を発生させるためのバイアス電圧発生部と；
   前記フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるために，前記フォトダイオードに印加するためのバイアス電圧を，前記接続構造に応じて，前記少なくとも１つのバイアス電圧から選択するための選択部と；
   を備えることを特徴とするレーザ出力制御装置。
9. 前記フォトダイオードから提供される帰還電圧によって，前記レーザダイオードのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御するパワー制御部をさらに備えることを特徴とする，請求項８に記載のレーザ出力制御装置。
10. 前記レーザ部は，前記レーザダイオードのカソードと前記フォトダイオードのアノードとが接続される第１接続構造と，前記レーザダイオードのカソードと前記フォトダイオードのカソードとが接続される第２接続構造のうち，いずれか１つの接続構造を有することを特徴とする，請求項８または９に記載のレーザ出力制御装置。
11. レーザスキャニングユニットに内蔵されることを特徴とする，請求項８〜１０のいずれか１項に記載のレーザ出力制御装置。
12. レーザダイオードのカソードとフォトダイオードのアノードとが接続される第１接続構造と，前記レーザダイオードのカソードと前記フォトダイオードのカソードとが接続される第２接続構造のうち，いずれか１つの接続構造を有するレーザ部と；
    第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を発生させるためのバイアス電圧発生部と；
    前記フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるために，前記第１バイアス電圧または前記第２バイアス電圧のいずれか１つを，前記接続構造に応じて，選択的に前記フォトダイオードに印加するための選択部と；
    を備えることを特徴とするレーザ出力制御装置。
13. 前記フォトダイオードから提供される帰還電圧によって，前記レーザダイオードのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御するパワー制御部をさらに備えることを特徴とする，請求項１２に記載のレーザ出力制御装置。
14. レーザスキャニングユニットに内蔵されることを特徴とする，請求項１２または１３に記載のレーザ出力制御装置。
15. 第１接続構造または第２接続構造のいずれかを有し，前記接続構造により互いに接続されたレーザダイオードとフォトダイオードとを提供する工程と；
    第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を生成する工程と；
    前記フォトダイオードを逆方向にバイアスさせるために，前記第１バイアス電圧および前記第２バイアス電圧のうちいずれか１つを，前記接続構造に応じて，選択的に前記フォトダイオードに印加する工程と；
    を含むことを特徴とするレーザ出力制御方法。
16. 前記フォトダイオードから提供される帰還電圧によって，前記レーザダイオードのレーザ光パワーが一定に維持されるように制御する工程をさらに含むことを特徴とする，請求項１５に記載のレーザ出力制御方法。
    
    

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