JPH02205086A - 半導体レーザ制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザプリンタ、光デイスク装置、光通信装置
等で光源として用いられる半導体レーザの光出力を制御
する半導体レーザ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザは極めて小型であって、かつ駆動電流によ
り高速に直接変調を行うことができるので、近年光デイ
スク装置、レーザプリンタ等の光源として広く使用され
ている。

しかしながら、半導体レーザの駆動電流・光出力特性は
温度により著しく変化し、これは半導体レーザの光強度
を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。この
問題を解決して半導体レーザの利点を活かす為にさまざ
まなＡ　Ｐ　Ｃ（Ａ　ｕｔｏｍａｔｉｅ　Ｐｏｗｅｒ　
Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が提案されている。

このＡＰＣ回路は次の３つの方式に分けられる。

（１）半導体レーザの光出力を受光素子によりモニター
し、この受光素子に発生する受光電流（半導体レーザの
光出力に比例する）に比例する信号と。

発光レベル指令信号とが等しくなるように常時半導体レ
ーザの順方向電流を制御する光・電気負帰還ループを設
け、この光・電気負帰還ループにより半導体レーザの光
出力を所望の値に制御する方式。

（２）パワー設定期間には半導体レーザの光出力を一４
＝ 受光素子によりモニターしてこの受光素子に発生する受
光電流（半導体レーザの光出力に比例する）に比例する
信号と９発光レベル指令信号とが等しくなるように半導
体レーザの順方向電流を制御し、パワー設定期間外には
パワー設定油量で設定した半導体レーザの順方向電流の
値を保持することによって半導体レーザの光出力を所望
の値に制御する。そしてパワー設定期間外にはパワー設
定期間で設定した半導体レーザの順方向電流の値を基準
として半導体レーザの順方向電流を情報で変調すること
により半導体レーザの光出力に情報を載せる方式。

（３）半導体レーザの温度を測定し、その測定した温度
によって半導体レーザの順方向電流を制御したり、又は
半導体レーザの温度を二定になるように制御したりして
半導体し一ザの光出力を所望の値に制御する方式。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体レーザの光出力を所望の値とするためには（１）
の方式が望ましいが、受光素子の動作速度。

光・電気負帰還ループを構成している増幅素子の動作速
度等の限界により制御速度に限界が生ずる。

例えばこの制御速度の目安として光・電気負帰還ループ
の開ループでの交叉周波数を考慮した場合この交叉周波
数をｆｏとしたとき半導体レーザの光出力のステップ応
答特性は次のように近似できる。

Ｐｏｕｔ＝　ｐＨ（１−ｅｘｐ（−２ｎ　ｆ　ｏｔ　）
）Ｐｏｕｔ：半導体レーザの光出力 Ｐｏ＝半導体レーザの設定された光強度ｔ：時間 半導体レーザの多くの使用目的では半導体レーザの光出
力を変化させた直後から、設定された時間で。が経過す
るまでの全光量（光出力の積分値ｆｐ　ｏｕｔ）が所定
の値となることが必要とされ、２πｆ０τ。）］） となる。仮に、τ。＝５０ｎｓ、誤差の許容範囲を０．
４％とした場合ｆ　、　＞８００ＭＨ２としなければな
らず、これは極めて困難である。

また（２）の方式では（１）の方式の上記問題は発生せ
ず、半導体レーザを高速に変調することが可能であるの
で、多く使用されている。しかしながらこの（２）の方
式では半導体レーザの光出力を常時制御しているわけで
はないので、外乱等により容易に半導体レーザの光量変
動が生ずる。外乱としては例えば半導体レーザのドウル
ープ特性があり、半導体レーザの光量はこのドウループ
特性により容易に数％程度の誤差が生じてしまう。半導
体レーザのドウループ特性を抑制する試みとして、半導
体レーザの熱時定数に半導体レーザ駆動電流の周波数特
性を合わせ補償する方法などが提案されているが、半導
体レーザの熱時定数は各半導体レーザ毎に個別にバラツ
キがあり、また半導体レーザの周囲環境により異なる等
の問題がある。

また光デイスク装置などにおいて問題とされる半導体レ
ーザの戻り光の影響による光量変動などの問題がある。

本発明は上記欠点を改善し、高速、高精度、高分解能な
半導体レーザ制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、請求項１の発明は被駆動半導
体レーザの光出力を受光部により検知してこの受光部か
ら得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信
号と発光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導
体レーザの順方向電流を制御する光・電気負帰還ループ
と、前記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しく
なるように前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性
及び前記受光部と前記半導体レーザとの結合係数。

前記受光部の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光
レベル指令信号を前記半導体レーザの光電流に変換する
変換手段とを有し、前記光・電気負帰還ループの制御電
流と前記変換手段により生成された電流との和または差
の電流によって前記半導体レーザを制御するようにした
ものであり、請求項２の発明は請求項１記載の半導体レ
ーザ制御装置において、前記半導体レーザの光出力を受
光部により検知してこの受光部から得られる前記半導体
レーザの光出力に比例した受光電流と。

第１の発光レベル指令信号を電流に変換した発光レベル
指令信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順方
向電流を制御する第１の光・電気負帰還ループと、前記
受光電流に比例する電圧と請求項１記載の発光レベル指
令信号とが等しくなるように前記第１の発光レベル指令
信号を制御する第２の光・電気負帰還ループとにより請
求項１記載の光・電気負帰還ループを構成するようにし
たものであり、 請求項３の発明は請求項１記載の半導体レーザ制御装置
において、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をア
ナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方
向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信号に
比例した電流に変換するようにしたものであり、 請求項４の発明は請求項２記載の半導体レーザ制御装置
において、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をア
ナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方
向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信号に
比例した電流に変換するようにしたものであり、 請求項５の発明は請求項１記載の半導体レーザ制御装置
において、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をア
ナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方
向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令信号
に対応した電流に変換するようにしたものであり、 請求項６の発明は請求項２記載の半導体レーザ制御装置
において、前記変換手段が前記発光レベル指令信号をア
ナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−順方
向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令信号
に対応した電流に変換するようにしたものであり、 請求項７の発明は請求項１記載の半導体レーザ制御装置
において、前記発光レベル指令信号をディジタル信号と
し、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前記半導
体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した信号に変
換する変換テーブルと、この変換テーブルにより変換さ
れた信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換するデ
ィジタル／アナログ変換器とを有するようにしたもので
あり、 請求項８の発明は請求項２記載の半導体レーザ制御装置
において、前記発光レベル指令信号をディジタル信号と
し、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前記半導
体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した信号に変
換する変換テーブルと、この変換テーブルにより変換さ
れた信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換するデ
ィジタル／アナログ変換器とを有するようにしたもので
ある。

〔作　用〕

請求項１の発明では光・電気負帰還ループが半導体レー
ザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得ら
れる半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの順方
向電流を制御し、変換手段が前記受光信号と前記発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように半導体レーザの光出
力・順方向電流特性及び前記受光部と半導体レーザとの
結合係数、前記受光部の光入力・受光信号特性に基づい
て前記発光レベル指令信号を半導体レーザの光電流に変
換する。半導体レーザは光・電気負帰還ループの制御電
流と変換手段により生成された電流との和または差の電
流によって制御される。

請求項２の発明では第１の光・電気負帰還ループが前記
半導体レーザの光出力を受光部により検知してこの受光
部から得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受
光電流と、第１の発光レベル指令信号を電流に変換した
発光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導体レ
ーザの順方向電流を制御し、第２の光・電気負帰還ルー
プが前記受光電流に比例する電圧と請求項１記載の発光
レベル指令信号とが等しくなるように前記第１の発光レ
ベル指令信号を特徴する 請求項３の発明では変換手段が前記発光レベル指令信号
をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−
順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信
号に比例した電流に変換する。

請求項４の発明では変換手段が前記発光レベル指令信号
をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−
順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令信
号に比例した電流に変換する。

請求項５の発明では変換手段が前記発光レベル指令信号
をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−
順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令
信号に対応した電流に変換する。

請求項６の発明では変換手段が前記発光レベル指令信号
をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力−
順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指令
信号に対応した電流に変換する。

請求項７の発明では変換手段において前記発光レベル指
令信号が変換テーブルにより前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を補正した信号に変換されてディジタ
ル／アナログ変換器により前記半導体レーザの順方向電
流に変換される。

請求項８の発明でも変換手段において前記発光レベル指
令信号が変換テーブルにより前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を補正した信号に変換されてディジタ
ル／アナログ変換器により前記半導体レーザの順方向電
流に変換される。

〔実施例〕

第１図は発明の一実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器２に
入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受光
素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体レ
ーザ３．受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し、
比較増幅器１は受光素子４に誘起された光起電流（半導
体レーザ３の光出力に比例する）に比例する受光信号と
発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導体
レーザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように制御する。また電流変換器２は前
記受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなるように
発光レベル指令信号に従って予め設定された電流（半導
体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と
半導体レーザ３との結合係数、受光素子３の光入力・受
光信号特性に基づいて予め設定された電流）を出力量る
。

この電流変換器２の出力電流と、比較増幅器１より出力
される制御電流との和の電流が半導体レーザ３の順方向
電流となる。

ここで、前記光・電気負帰還ループの開ループでの交差
周波数をｆｏとし、ＤＣゲインを１００００とした場合
、半導体レーザ３の光出力Ｐ　ｏｕｔのステップ応答特
性は次のように近似できる。

Ｐｏｕｔ＝　ＰＬ＋　（ＰＳ　−ＰＬ）ｅｘｐ（−２π
ｆ　、　ｔ　）ＰＬ：ｔ＝ωにおける光出力 ＰＳ：電流変換器２により設定された光量光・電気負帰
還ループの開ループでのＤＣゲインを１００００として
いるので、設定誤差の許容範囲を０．１％以下とした場
合には、ＰＬは設定した光量に等しいと考えられる。

したがって、仮に電流変換器２により設定された光量Ｐ
ＳがＰＬに等しければ、瞬時に半導体レーザ３の光出力
がＰＬに等しくなる。また、外乱等によりＰＳが５％変
動したとしてもｆ　０＝　４０ＭＨ２程度であれば、１
０ｎｓ後には半導体レーザ３の光出力は設定値に対する
誤差が０．４％以下になる。

また半導体レーザ３の光出力を変化させた直後から設定
された時間τ。が経過するまでの全光量（光出力の積分
値ｆ　Ｐｏｕｔ）の誤差が０．４％以下になるための光
・電気負帰還ループの交差周波数は、τｏ＝　５０ｎｓ
とした場合４０ＭＨ２以上であればよく、この程度の交
叉周波数ならば容易に実現できる。

さらに、この実施例では電流変換器２の出力電流を光・
電気負帰還ループの制御電流に加算する構成であるが、
半導体レーザ３と並列に電流変換器２を接続する構成と
すれば電流変換器２の出力電流と光・電気負帰還ループ
の制御電流との差の電流により半導体レーザ３を制御す
る構成が実現できる。

このようにこの実施例によれば高速、高精度。

高分解能な半導体レーザ制御装置が実現できる。

第２図は発明の他の実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器５及び電流変換器２に
入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受光
素子４によりモニターされる。受光素子４に誘起された
光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例する）Ｉｓの
周波数の高い成分は容量Ｃに流れてインピーダンス変換
器６に入力され、光起電流Ｉｓの周波数の低い成分は抵
抗Ｒに流れて電圧に変換される。この抵抗Ｒに発生した
電圧は比較増幅ｆＩｔ５と電圧−電流変換器７に入力さ
れ、電圧−電流変換器７が抵抗Ｒに発生した電圧を電流
に変換する。この電圧−電流変換器７の出力電流はイン
ピーダンス変換器６の出力電流と加算器８で加算され、
受光素子４に発生した光起電流工Ｓと等しい電流■。ど
なる。一方、比較増幅器５は抵抗Ｒに発生した電圧と発
光レベル指令信号とを比較してその差電圧を増幅し、こ
の比較増幅器５の出力電圧が電圧−電流変換器９により
電流に変換されて第１の発光レベル指令信号電流ＩＬと
なる。減算器ｌＯは電圧−電流変換器９からの第１の発
光レベル指令信号電流ＩＬより加算器８からの電流１．
を減算してその差分電流を出力し、この差分電流が電流
増幅器１１により増幅されて半導体レーザ３の制御電流
として出力される。したがって、受光素子４．容量Ｃ９
抵抗Ｒ，インピーダンス変換器６．電圧−電流変換器７
．加算器８．減算器１０．電流増幅器１１は半導体レー
ザ３の光出力に比例する受光素子４の光起電流Ｉｓと電
圧−電流変換器９からの第１の発光レベル指令信号電流
ＩＬとが等しくなるように半導体レーザ３の順方向電流
を制御する第１の光・電気負帰還ループを構成し、比較
増幅器５．電圧−電流変換器９は受光素子４の光起電流
Ｉｓに比例する電圧と外部からの第２の発光レベル指令
信号とが等しくなるように第１の発光レベル指令信号電
流ＩＬを制御する第２の光・電気負帰還ループを構成す
る。

また電流変換器２は第２の発光レベル指令信号の周波数
の高い成分に関しては加算器８からの電流工。と第１の
発光レベル指令信号電流ＩＬとが等しくなるように第２
の発光レベル指令信号に従いあらかじめ設定された電流
（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素
子４と半導体レーザ３との結合係数、受光素子３の光入
力・受光信号特性に基づいて予め設定された電流）を出
力し、第２の発光レベル指令信号の周波数の低い成分に
関しては抵抗Ｒの両端間電圧と第１の発光レベル指令信
号とが等しくなるように第２の発光レベル指令信号に従
いあらかじめ設定された電流（半導体レーザ３の光出力
・順方向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との
結合係数、受光素子３の光入力・受光信号特性に基づい
て予め設定された電流）を出力する。この電流変換器２
の出力電流と電流増幅器１１の出力電流との和の・電流
が半導体レーザ３の順方向電流となる。

ここで、前記第１の光・電気負帰還ループの開ループで
の交差周波数をｆｏとし、ＤＣゲインを３０とするとと
もに、前記第２の光・電気負帰還ループのＤＣゲインを
１００００とした場合、半導体レーザ３の光出力Ｐ　ｏ
ｕｔのステップ応答特性は次のように近似できる。

Ｐｏｕｔ＝　ＰＬ＋　（ＰＳ　−ＰＬ）ｅｘｐ（−２ｔ
ｃ　ｆ　ａｔ　）ｐｔ、：、ｔ＝ψにおける光出力 ＰＳ：電流変換器２により設定された光量節２の光・電
気負帰還ループのＤＣゲインを１００００としているの
で、設定誤差の許容範囲を０．１％以下とした場合には
、ＰＬは設定した光量に等しいと考えられる。また、第
１の光・電気負帰還ループのＤＣゲインを３０としてい
るので、第１の光・電気負帰還ループでの定常誤差は（
ＰＳ−ＰＬ）７３０程度になる。したがって、仮に電流
変換器２により設定された光量ＰＳがＰＬに等しければ
、半導体レーザ３の光出力が瞬時にＰＬに等しくなり、
また、外乱等によりＰＳが５％変動したとしても第１の
光・電気負帰還ループの定常誤差が０．２％程度となる
ので、　ｆ、　＝４０ＭＨ２程度でかつ第１の光・電気
負帰還ループのＤＣゲインが３０程度であれば、Ｉｏｎ
ｓ後には半導体レーザ３の光出力は設定値に対する誤差
が０．４％以下になる。

また半導体レーザ３の光出力を変化させた直後から設定
された時間で。が経過するまでの全光量（光出力の積分
値ｆ　Ｐｏｕｔ）の誤差が０．４％以下になるための光
・電気負帰還ループの交差周波数は、τ。＝　５０ｎｓ
とした場合４０ＭＨ２以上であればよく、またＤＣゲイ
ンは３０倍程度あればよく、この程度の交叉周波数及び
ＤＣゲインならば容易に実現できる。

さらに、この実施例では電流変換器１２の出力電流を光
・電気負帰還ループの制御電流に加算する構成であるが
、半導体レーザ３と並列に電流変換器１２を接続する構
成とすれば電流変換器１２の出力電流と光・電気負帰還
ループの制御電流との差の電流により半導体レーザ３を
制御する構成が実現できる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は上記第２図の実施例において、第２の発光
レベル指令信号の代りに比較増幅器５の出力電圧を電流
変換器１３に入力するようにしたものであり、電流変換
器１３は第２の発光レベル指令信号の周波数の高い成分
に関しては加算器８からの電流工。と第１の発光レベル
指令信号電流ＩＬとが等しくなるように比較増幅器５の
出力電圧に従いあらかじめ設定された電流（半導体レー
ザ３の光出力・順方向電流特性及び受光素子４と半導体
レーザ３との結合係数、受光素子３の光入力・受光信号
特性に基づいて予め設定された電流）を出力し、第２の
発光レベル指令信号の周波数の低い成分に関しては抵抗
Ｒの両端間電圧と第１の発光レベル指令信号とが等しく
なるように比較増幅器５の出力電圧に従いあらかじめ設
定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特
性及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数、受光
素子３の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定され
た電流）を出力する。

第６図は本発明の他の実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器１及び電流変換器１４
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。比較増幅器１と半導体
レーザ３．受光素子４は光・電気負帰還ループを形成し
、比較増幅器１は受光素子４に誘起された光起電流（半
導体レーザ３の光出力に比例する）に比例する受光信号
と発光レベル指令信号とを比較してその結果により半導
体レーザ３の順方向電流を受光信号と発光レベル指令信
号とが等しくなるように制御する。

また電流変換器１４は差動増幅器１５．トランジスタ１
６及び抵抗Ｒ０により構成され、前記受光信号と発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように発光レベル指令信号
に従って予め設定された電流（半導体レーザ３の光出力
・順方向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との
結合係数、受光素子３の光入力・受光信号特性に基づい
て予め設定された電流）を出力する。すなわち発光レベ
ル指令信号Ｖｓが差動増幅器１５に入力され、トランジ
スタ１６及び抵抗Ｒ０によりＶｓ／Ｒｏの電流に変換さ
れる。このＶｓ／Ｒ，の電流と比較増幅器１の出力電流
ＡΔＶとの和の電流Ｖ　ｓ　／　Ｒａ　＋ＡΔＶが半導
体レーザ３の順方向電流となり、半導体レーザ３は順方
向電流Ｖｓ／Ｒｏ＋ＡΔＶにより決まる光出力Ｐ。を出
力する。

一般的に半導体レーザはしきい値電流Ｉｔｈ以上の順方
向電流に対しては微分量子効率ηの直線で光出力−順方
向電流の関係を近似できる。この場合光出力Ｐ。は次の
ように表わすことができる。

１＋α５７７Ａ α：受光素子３と半導体レーザ４との結合係数Ｓ：受光
素子３の放射感度 Ａ：比較増幅器１の増幅率 ΔＶ　＝　Ｖ　ｓ　／　Ｒ１−αＳ　Ｐ　ｎＶｓがＶ、
（Ｖ、に対応する半導体レーザ３の光出力は半導体レー
ザの電流がしきい値電流以上の時の光強度）からＶｉへ
変化したときの応答特性は第２図の実施例の場合と同様
に ｅｘｐ（−２πｆ、ｔ） と近似できる。

したがってＲ＝αＳηＲ０となるように設定すれば、簡
単な構成により第２図の実施例と同等な効果が得られる
。

この実施例における電流変換器１４は第７図乃至第１０
図に示すような構成のものを用いてもよい。

第７図に示す電流変換器はトランジスタ１７〜２０、電
流源２１、電圧源２２、抵抗２３〜２７により構成され
、第８図に示す電流変換器は電界効果トランジスタ２８
及び抵抗２９により構成されている。第９図に示す電流
変換器はトランジスタ３０及び抵抗３１により構成され
、第１０図に示す電流変換器はトランジスタ３２〜３５
、電流源３６、電圧源３７、抵抗３８〜４ｚにより構成
されている。これらの電流変換器は上記電流変換器１４
と同様に前記受光信号と発光レベル指令信号とが等しく
なるように発光レベル指令信号に従って予め設定された
電流（半導体レーザ３の光出力・順方向電流特性及び受
光素子４と半導体レーザ３との結合係数、受光素子３の
光入力・受光信号特性に基づいて予め設定された電流）
を出力し、すなわち発光レベル指令信号を半導体レーザ
３の光出力−順方向電流特性を直線に近似して発光レベ
ル指令信号に比例する電流に変換する。

第４図は本発明の他の実施例を示す。

発光レベル指令信号は比較増幅器５及び電流変換器１４
に入力され、被駆動半導体レーザ３の光出力の一部が受
光素子４によりモニターされる。受光素子４に誘起され
た光起電流（半導体レーザ３の光出力に比例する）Ｉｓ
の周波数の高い成分は容量Ｃに流れてインピーダンス変
換器６に入力され、光起電流Ｉｓの周波数の低い成分は
抵抗Ｒに流れて電圧に変換される。この抵抗Ｒに発生し
た電圧は比較増幅器５と電圧−電流変換器７に入力され
、電圧−電流変換器７が抵抗Ｒに発生した電圧を電流に
変換する。この電圧−電流変換器７の出力電流はインピ
ーダンス変換器６の出力電流と加算器８で加算され、受
光素子４に発生した光起電流工Ｓと等しい電流工。とな
る。一方、比較増幅器５は抵抗Ｒに発生した電圧と発光
レベル指令信号とを比較してその差電圧を増幅し、この
比較増幅器５の出力電圧が電圧−電流変換器９により電
流に変換されて第１の発光レベル指令信号電流ＩＬとな
る。減算器ｌＯは電圧−電流変換器９からの第１の発光
レベル指令信号電流ＩＬより加算器８からの電流工。を
減算してその差分電流を出力し、この差分電流が電流増
幅器１１により増幅されて半導体レーザ３の制御電流と
して出力される。したがって、受光素子４．容量Ｃ１抵
抗Ｒ，インピーダンス変換器６．電圧−電流変換器７．
加算器８．減算器１０．電流増幅器１１は半導体レーザ
３の光出力に比例する受光素子４の光起電流Ｉｓと電圧
−電流変換器９からの第１の発光レベル指令信号電流Ｉ
Ｌとが等しくなるように半導体レーザ３の順方向電流を
制御する第１の光・電気負帰還ループを構成し、比較増
幅器５．電圧−電流変換器９は受光素子４の光起電流Ｉ
ｓに比例する電圧と外部からの第２の発光レベル指令信
号とが等しくなるように第１の発光レベル指令信号電流
ＩＬを制御する第２の光・電気負帰還ループを構成する
。

また電流変換器１４は差動増幅器１５．トランジスタ１
６及び抵抗Ｒ８により構成され、前記受光信号と発光レ
ベル指令信号とが等しくなるように発光レベル指令信号
に従って予め設定された電流（半導体レーザ３の光出力
・順方向電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との
結合係数、受光素子３の光入力・受光信号特性に基づい
て予め設定された電流）を出力する。すなわち発光レベ
ル指令信号Ｖｓが差動増幅器１５に入力され、トランジ
スタ１６及び抵抗Ｒ０によりＶｓ／Ｒ０の電流に変換さ
れる。このＶ　ｓ　／　Ｒｏの電流と比較増幅器１の出
力電流ＡΔＶとの和の電流Ｖ　ｓ　／　Ｒｏ　＋　ＡΔ
■が半導体レーザ３の順方向電流となり、半導体レーザ
３は順方向電流Ｖｓ／Ｒｏ＋ＡΔＶにより決まる光出力
Ｐ０を出力する。

一般的に半導体レーザはしきい値電流Ｉｔｈ以上の順方
向電流に対しては微分量子効率ηの直線で光出力−順方
向電流の関係を近似できる。この場合光出力Ｐ。は次の
ように表わすことができる。

１＋αＳ　ηＡ α：受光素子３と半導体レーザ４との結合係数Ｓ：受光
素子３の放射感度 Ｒ１：電圧−電流変換器９の変換係数 Ａ：比較増幅器１の増幅率 ＩＬ＝αＳＰ。

ＶｓがＶ。（Ｖ、に対応する半導体レーザ３の光出力は
半導体レーザの電流がしきい値電流以上の時の光強度）
からＶｉへ変化したときの応答特性は第２図の実施例の
場合と同様に ｅｘｐ（−２πｆ、ｔ） と近似できる。

したがってＲ＝αＳηＲ０となるように設定すれば、簡
単な構成により第２図の実施例と同等な効果が得られる
。

第５図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は上記第４図の実施例において、第２の発光
レベル指令信号の代りに比較増幅器５の出力電圧を電流
変換器１４に入力するようにしだものであり、電流変換
器１４は差動増幅器１５．トランジスタ１６及び抵抗Ｒ
０により構成され、前記受光信号と発光レベル指令信号
とが等しくなるように比較増幅器５の出力電圧に従って
予め設定された電流（半導体レーザ３の光出力・順方向
電流特性及び受光素子４と半導体レーザ３との結合係数
。

受光素子３の光入力・受光信号特性に基づいて予め設定
された電流）を出力する。すなわち比較増幅器５の出力
電圧が差動増幅器１５に入力され、トランジスタ１６及
び抵抗Ｒ０によりＶ　ｓ　／　Ｒｏの電流に変換される
。

以上説明した実施例では電流変換器を一般的なものと、
直線に近似したものを用いたが、折れ線に近似するもの
を用いることもできる。第１１図乃至第１３図は上記実
施例において電流変換器として用いることができる折れ
線近似による電流変換器の各側を示す。

第１１図に示す電流変換器は差動増幅器４３、トランジ
スタ４４、ダイオード４５、電圧源４６、抵抗４７〜４
９により構成され、折れ点が電圧源４６の電圧により決
まる。第１２図に示す電流変換器はトランジスタ５０〜
５３、電流源５４、ダイオード５５，５６、電圧源５７
〜５９、抵抗６０〜６７により構成され、折れ点が電圧
源５７．５８の電圧により決まる。第１３図に示す電流
変換器はトランジスタ６８〜７３、電流源７４〜７７、
電圧源７８，７９、抵抗８０〜８３により構成され、折
れ点が電圧源７８．７９の電圧により決まる。

また上記電流変換器を最適化するには、発光レベル指令
信号をディジタル信号として変換テーブルにより半導体
レーザの光出力−順方向電流特性を補正するようにする
ことが有効であり、この場合の実施例の一部を第１４図
に示す。

この実施例では上記実施例において、ディジタル信号か
らなる発光レベル指令信号が変換テーブル８４により半
導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正するように
データ変換されてディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換
器８５によりＤ／Ａ変換され、トランジスタ８６〜８９
、電流源９０、電圧源９１、抵抗９２〜９６からなる電
流変換部で電流に変換されて半導体レーザ３へ供給され
る。また発光レベル指令信号がデータ遅延回路９７によ
り所定の時間遅延され、Ｄ／Ａ変換器９８によりＤ／Ａ
変換されて上記比較増幅器５に入力される。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１の発明によれば被駆動半導体レー
ザの光出力を受光部により検知してこの受光部から得ら
れる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と発
光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導体レー
ザの順方向電流を制御する光・電気負帰還ループと、前
記受光信号と前記発光レベル指令信号とが等しくなるよ
うに前記半導体レーザの光出力・順方向電流特性及び前
記受光部と前記半導体レーザとの結合係数、前記受光部
の光入力・受光信号特性に基づいて前記発光レベル指令
信号を前記半導体レーザの光電流に変換する変換手段と
を有し、前記光・電気負帰還ループの制御電流と前記変
換手段により生成された電流との和または差の電流によ
って前記半導体レーザを制御するので、高速、高精度、
高分解能でかつ外乱等の影響に強い半導体レーザ制御装
置を実現することができる。

また請求項２の発明によれば請求項１記載の半導体レー
ザ制御装置において、前記半導体レーザの光出力を受光
部により検知してこの受光部から得られる前記半導体レ
ーザの光出力に比例した受光電流と、第１の発光レベル
指令信号を電流に変換した発光レベル指令信号とが等し
くなるように前記半導体レーザの順方向電流を制御する
第１の光・電気負帰還ループと、前記受光電流に比例す
る電圧と請求項１記載の発光レベル指令信号とが等しく
なるように前記第１の発光レベル指令信号を制御する第
２の光・電気負帰還ループとにより請求項１記載の光・
電気負帰還ループを構成したので、高域の光・電気負帰
還ループの開ループゲインを非常に大きくとらなくても
請求項１記載の半導体レーザ制御装置と同等な効果が得
られる。

請求項３の発明によれば請求項１記載の半導体レーザ制
御装置において、前記変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令
信号に比例した電流に変換するので、簡単な回路構成で
請求項１記載の半導体レーザ制御装置と同等な効果が得
られる。

請求項４の発明によれば請求項２記載の半導体レーザ制
御装置において、前記変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を直線に近似して前記発光レベル指令
信号に対応した電流に変換するので、簡単な回路構成で
請求項２記載の半導体レーザ制御装置と同等な効果が得
られる。

請求項５の発明によれば請求項１記載の半導体レーザ制
御装置において、前記変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指
令信号に対応した電流に変換するので、簡単な回路構成
で直線近似の場合より精度がよく請求項１記載の半導体
レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

請求項６の発明によれば請求項２記載の半導体レーザ制
御装置において、前記変換手段が前記発光レベル指令信
号をアナログ信号電圧として前記半導体レーザの光出力
−順方向電流特性を折れ線に近似して前記発光レベル指
令信号に対応した電流に変換するので、簡単な回路構成
で直線近似の場合より精度がよく請求項２記載の半導体
レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

請求項７の発明によれば請求項１記載の半導体レーザ制
御装置において、前記発光レベル指令信号をディジタル
信号とし、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前
記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した信
号に変換する変換テーブルと、この変換テーブルにより
変換された信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換
するディジタル／アナログ変換器とを有するので、請求
項１記載の電流変換手段を変換デープルにより非直線性
を保証して行うために精度がよく請求項１記載の半導体
レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

請求項８の発明によれば請求項２記載の半導体レーザ制
御装置において、前記発光レベル指令信号をディジタル
信号とし、前記変換手段が前記発光レベル指令信号を前
記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を補正した信
号に変換する変換テーブルと、この変換テーブルにより
変換された信号を前記半導体レーザの順方向電流に変換
するディジタル／アナログ変換器とを有するので、請求
項２記載の電流変換手段を変換デープルにより非直線性
を保証して行うために精度がよく請求項２記載の半導体
レーザ制御装置と同等な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第６図は本発明の各実施例を示す回路図、第
７図乃至第１３図は本発明の他の実施例における電流変
換器を示す回路図、第１４図は本発明の他の実施例の一
部を示す回路図である。 １．５・・・比較増幅器、２．１２，１３，１４・・・
電流変換器、３・・・半導体レーザ、４・・・受光素子
、６・・・インピーダンス変換器、７，９・・・電圧−
電流変換器、８・・・加算器、１０・・・減算器、１１
・・・電流増幅器、Ｃ・・・容量、Ｒ・・・抵抗、８４
・・・変換テープル、８５・・・Ｄ／Ａ変換器。 も

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被駆動半導体レーザの光出力を受光部により検知し
   てこの受光部から得られる前記半導体レーザの光出力に
   比例した受光信号と発光レベル指令信号とが等しくなる
   ように前記半導体レーザの順方向電流を制御する光・電
   気負帰還ループと、前記受光信号と前記発光レベル指令
   信号とが等しくなるように前記半導体レーザの光出力・
   順方向電流特性及び前記受光部と前記半導体レーザとの
   結合係数、前記受光部の光入力・受光信号特性に基づい
   て前記発光レベル指令信号を前記半導体レーザの光電流
   に変換する変換手段とを有し、前記光・電気負帰還ルー
   プの制御電流と前記変換手段により生成された電流との
   和または差の電流によって前記半導体レーザを制御する
   ことを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ２、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記半導体レーザの光出力を受光部により検知してこの受
   光部から得られる前記半導体レーザの光出力に比例した
   受光電流と、第１の発光レベル指令信号を電流に変換し
   た発光レベル指令信号とが等しくなるように前記半導体
   レーザの順方向電流を制御する第１の光・電気負帰還ル
   ープと、前記受光電流に比例する電圧と請求項１記載の
   発光レベル指令信号とが等しくなるように前記第１の発
   光レベル指令信号を制御する第２の光・電気負帰還ルー
   プとにより請求項１記載の光・電気負帰還ループを構成
   したことを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ３、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナログ信号電
   圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を
   直線に近似して前記発光レベル指令信号に比例した電流
   に変換することを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ４、請求項２記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナログ信号電
   圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を
   直線に近似して前記発光レベル指令信号に比例した電流
   に変換することを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ５、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナログ信号電
   圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を
   折れ線に近似して前記発光レベル指令信号に対応した電
   流に変換することを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ６、請求項２記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記変換手段が前記発光レベル指令信号をアナログ信号電
   圧として前記半導体レーザの光出力−順方向電流特性を
   折れ線に近似して前記発光レベル指令信号に対応した電
   流に変換することを特徴とする半導体レーザ制御装置。 ７、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記発光レベル指令信号をディジタル信号とし、前記変換
   手段が前記発光レベル指令信号を前記半導体レーザの光
   出力−順方向電流特性を補正した信号に変換する変換テ
   ーブルと、この変換テーブルにより変換された信号を前
   記半導体レーザの順方向電流に変換するディジタル／ア
   ナログ変換器とを有することを特徴とする半導体レーザ
   制御装置。 ８、請求項２記載の半導体レーザ制御装置において、前
   記発光レベル指令信号をディジタル信号とし、前記変換
   手段が前記発光レベル指令信号を前記半導体レーザの光
   出力−順方向電流特性を補正した信号に変換する変換テ
   ーブルと、この変換テーブルにより変換された信号を前
   記半導体レーザの順方向電流に変換するディジタル／ア
   ナログ変換器とを有することを特徴とする半導体レーザ
   制御装置。