JPH08204270A - 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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JPH08204270A
JPH08204270A JP7025883A JP2588395A JPH08204270A JP H08204270 A JPH08204270 A JP H08204270A JP 7025883 A JP7025883 A JP 7025883A JP 2588395 A JP2588395 A JP 2588395A JP H08204270 A JPH08204270 A JP H08204270A
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semiconductor laser
laser
circuit
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voltage
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Tsutomu Ohashi
勉 大橋
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Brother Industries Ltd
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザのレーザ強度が所定値に到達す
るまでの立ち上げ時間の短縮化且つ立ち上げ時期の精度
を高め、画像記録媒体の汚れを防止し得るような半導体
レーザ駆動回路を提供すること。 【構成】 画像形成する為に、t0の時点において、
「H」レベルのレーザ点灯信号LSが入力端子61に供
給されたとき、オペアンプ41の+入力端子には、t0
の時点において、「0.7V」に切換えられた基準電圧
Vkが瞬時に供給されるので、オペアンプ41の出力電
圧Vbが増加し、第1トランジスタ51と第2トランジ
スタ52とが導通して、t0の時点から、半導体レーザ
11に駆動電流Iの供給が開始され、レーザ光のレーザ
強度が上昇し、t2の時点で画像形成可能なレーザ強度
に達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタやレー
ザファクシミリ等の画像形成装置に適用される半導体レ
ーザ駆動回路に関し、特に半導体レーザの点灯信号を受
けてから画像形成可能なレーザ強度に達する迄の立ち上
げ時間を短縮するようにしたものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体レーザにおいては、駆動電
流に対するレーザ光の強度が半導体レーザ毎に異なるこ
とや、個々の半導体レーザにおいても、自己発熱などに
よる半導体レーザの温度変化に応じてそのレーザ強度が
変化するので、半導体レーザ駆動回路には、半導体レー
ザに設けたモニタ用のフォトダイオードの出力をフィー
ドバックして、所定のレーザ強度でレーザ発光するよう
に、半導体レーザの駆動電流を制御する電流制御回路が
設けられている。
【0003】その半導体レーザ駆動回路100は、例え
ば図5に示すように構成されている。即ち、半導体レー
ザチップ110には、半導体レーザ111とフォトダイ
オード112とが内蔵され、このフォトダイオード11
2は、半導体レーザ111で出射したレーザ光のレーザ
強度に対応するモニタ電流Imを出力し、ピークホール
ド回路130のオペアンプ(差動増幅器)131の+入
力端子にモニタ電圧Vmとして供給される。そして、そ
のオペアンプ131の出力は駆動制御回路140のオペ
アンプ141の−入力端子にピークモニタ電圧Vaとし
て供給される。ここで、このオペアンプ141の+入力
端子には、所定の基準電圧Vk(例えば、約0.7 V)が
供給されている。また、そのオペアンプ141の出力電
圧Vbは、トランジスタ複合接続型増幅回路150のト
ランジスタ151のベースに供給され、そのトランジス
タ151が導通したとき、トランジスタ152も同時に
導通して、所定電圧V2の印加に伴う駆動電流Iがトラ
ンジスタ152を介して半導体レーザ111に流れ、半
導体レーザ111がレーザ発光する。
【0004】ところで、半導体レーザ111の駆動電流
Iは、ピークモニタ電圧Vaにより負帰還制御されるの
で、半導体レーザ111のレーザ強度が変動したとき、
つまりオペアンプ141の−入力端子のピークモニタ電
圧Vaが変動したときでも、オペアンプ141の出力電
圧Vbは、基準電圧Vkに対して常に所定電圧となるよ
うに制御されることから、半導体レーザ111のレーザ
強度が安定するようになっている。ここで、変調回路1
70は、図示外の制御回路から受けた画像データGSに
応じて、半導体レーザ111に供給される駆動電流Iを
ON/OFF制御する為に、半導体レーザ111に供給
される駆動電流Iをバイパス(変調)するようになって
いる。
【0005】一方、オペアンプ141の−入力端子に
は、トランジスタ145を介して所定電圧V1(例え
ば、約5V)が供給され、このトランジスタ145のベ
ースに「H」レベルのレーザ点灯信号LSが供給された
ときには、トランジスタ145が導通することで、電圧
V1がオペアンプ141の−入力端子に印加され、ピー
クモニタ電圧Vaと無関係にオペアンプ141の出力電
圧Vbを強制的に「0」Vとすることで、半導体レーザ
111がレーザ光を出射しないようにし、またトランジ
スタ145のベースに「L」レベルのレーザ点灯信号L
Sが供給されたときには、トランジスタ145が遮断す
ることで、オペアンプ141の−入力端子には、ピーク
ホールド回路130からのピークモニタ電圧Vaが供給
されるようになり、半導体レーザ111がレーザ光を出
射するようになり、画像形成が可能になる。尚、半導体
レーザ111の駆動電流Iをデジタル的にフィードバッ
ク制御する技術としては、特開平5─145154号公
報に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、図5
に示す半導体レーザ駆動回路100においては、図6に
示すように、レーザ点灯信号LSが、t0の時点で
「H」レベルから「L」レベルに切換えられたとき、図
7に示すように、オペアンプ141の−入力端子の電圧
Vaは、コンデンサ144に充電された電荷が抵抗14
6,142,134などを介してアースに流れることか
ら、これらコンデンサ144や抵抗146,142,1
34によるC−R回路の時定数に基づいた過渡特性で減
少する。そして、−入力端子の電圧Vaが+入力端子の
基準電圧Vkより所定電圧だけ下降したとき(t1の時
点)に、オペアンプ141の出力電圧Vbが出力され、
図8に示すように、トランジスタ複合接続型増幅回路1
50が作動して、半導体レーザ111には、トランジス
タ152に流れる駆動電流Iが供給され、図8に示すよ
うに、半導体レーザ111は、そのレーザ強度特性に基
づいてレーザ光を出射するようになり、画像形成可能に
なる。
【0007】即ち、図7に示すように、オペアンプ14
1の−入力端子の電圧Vaは、過渡特性で徐々に減少す
ることから、図8に示すように、レーザ点灯信号LSが
「L」レベルになった時点t0から、半導体レーザ11
1から画像形成可能なレーザ強度となるレーザ光が出射
される画像形成可能な時点t2までの立ち上げ時間が長
期化するという問題がある。また図7・図8に示すよう
に、オペアンプ141の−入力端子の電圧Vaが過渡特
性に基づいて減少する場合、電源電圧V1の変動や過渡
特性の変動により、半導体レーザ111へ駆動電流を供
給する時点t1が変動するとともに、半導体レーザ11
1自体のレーザ強度特性に応じて、画像形成可能時点t
2が変動する場合が多い。故に、その画像形成可能時点
t2が早いタイミングで行なわれたときには、感光体ド
ラム上には、所定の画像形成領域よりも先行して余分な
静電潜像が形成され、その結果、その余分な静電潜像に
付着したトナーが画像記録媒体の先端部の裏側に付着し
て、記録用紙などの画像記録媒体が汚れる場合があると
いう問題がある。
【0008】本発明の目的は、電流制御回路に供給する
基準電圧を切換えることで、半導体レーザのレーザ強度
が所定値に到達するまでの立ち上げ時間の短縮化且つ立
ち上げ時期の精度を高め、画像記録媒体の汚れを防止し
得るような半導体レーザ駆動回路を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体レーザ
駆動回路は、半導体レーザが出射するレーザ光のレーザ
強度を電気信号に変換するフォトダイオードと、このフ
ォトダイオードの出力をフィードバックして所定のレー
ザ強度で発光するように半導体レーザの駆動電流を制御
する電流制御回路とを備えた半導体レーザ駆動回路にお
いて、半導体レーザの点灯/消灯を制御する為に外部よ
り入力される「H」レベル/「L」レベルのレーザ点灯
信号を受けて、電流制御回路の基準電圧を切換える基準
電圧切換回路を設けたものである。
【0010】ここで、請求項2の半導体レーザ駆動回路
は、請求項1の発明において、前記電流制御回路は、フ
ォトダイオードの出力を受けてピークホールドするピー
クホールド回路と、基準電圧とピークホールド回路の出
力とを+入力端子と−入力端子とに夫々受ける駆動制御
回路と、この駆動制御回路の出力を受けて半導体レーザ
の駆動電流を制御するトランジスタ複合接続型増幅回路
とを備えたものである。
【0011】
【作用】請求項1の半導体レーザ駆動回路においては、
フォトダイオードは、半導体レーザが出射するレーザ光
のレーザ強度を電気信号に変換して出力し、電流制御回
路は、そのフォトダイオードからの出力をフィードバッ
クする。つまり基準電圧切換回路から供給される基準電
圧と比較して、所定のレーザ強度でレーザ発光するよう
に半導体レーザの駆動電流を制御する。そして、基準電
圧切換回路は、半導体レーザの点灯/消灯を制御する為
に外部より入力される「H」レベル/「L」レベルのレ
ーザ点灯信号を受けて、電流制御回路の基準電圧を切換
える。
【0012】即ち、電流制御回路の基準電圧は、何らC
−R回路を介さずに、基準電圧用電源から直接に供給さ
れることから、切換え時の応答遅れがなく、瞬時に切換
えられる。故に、半導体レーザの点灯の為に基準電圧が
切換えられたときに、半導体レーザが画像形成可能な所
定のレーザ強度に達するまでの立ち上げ時間は、半導体
レーザのレーザ強度特性だけに基づくことから、立ち上
げ時間を短縮でき、しかもその立ち上げ時期の精度を高
めるとともに、画像記録媒体の汚れを防止することがで
きる。
【0013】請求項2の半導体レーザ駆動回路において
は、請求項1と同様の作用を奏するが、前記電流制御回
路は、フォトダイオードの出力を受けてピークホールド
するピークホールド回路と、基準電圧とピークホールド
回路の出力とを+入力端子と−入力端子とに夫々受ける
駆動制御回路と、この駆動制御回路の出力を受けて半導
体レーザの駆動電流を制御するトランジスタ複合接続型
増幅回路とを備えたので、フォトダイオードの出力のピ
ーク値が略基準電圧になるようにトランジスタ複合接続
型増幅回路により大きな増幅率で増幅された駆動電流を
半導体レーザに供給することから、半導体レーザのレー
ザ強度の微小な変動を精度よく確実に解消できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基いて
説明する。図1に示すように、半導体レーザ駆動回路1
は、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等に適用され
る駆動回路である。この半導体レーザ駆動回路1は、半
導体レーザチップ10に設けられたフォトダイオード1
2と、ピークホールド回路30と駆動制御回路40とト
ランジスタ複合接続型増幅回路50とを備えた電流制御
回路20と、基準電圧切換回路60とを設けたものであ
る。
【0015】前記フォトダイオード12は、半導体レー
ザチップ10にレーザ光を出射する半導体レーザ11と
共に内蔵されて一体形成され、その半導体レーザ11で
出射したレーザ光のレーザ強度をモニタ電流Im(電気
信号に相当する)に変換して出力するように構成されて
いる。
【0016】次に、電流制御回路20について説明す
る。先ず、ピークホールド回路30は、フォトダイオー
ド12から出力されたモニタ電流Imを受けて、そのピ
ーク値を保持する回路であり、オペアンプ31(差動増
幅器)の+入力端子にはモニタ電流Imが供給され且つ
抵抗32を介して接地されている。また、オペアンプ3
1の出力ラインには、ダイオード33が介設されるとと
もに、抵抗34とコンデンサ35との並列接続を介して
接地されている。更に、ダイオード33のカソードとオ
ペアンプ31の−入力端子とが接続されている。
【0017】即ち、オペアンプ31を用いたピークホー
ルド機能を有するボルテージホロワ回路が設けられてい
るので、入力されたモニタ電流Imに対応するモニタ電
圧Vmのうちのモニタピーク電圧Vaが、抵抗34とコ
ンデンサ35とによるC−R回路により保持されて駆動
制御回路40に出力される。
【0018】駆動制御回路40は、モニタピーク電圧V
aを基準電圧Vkに略等しくするように負帰還制御する
回路であり、オペアンプ(差動増幅器)41の−入力端
子には、抵抗42を介してモニタピーク電圧Vaが供給
され、その+入力端子には、基準電圧切換回路60から
供給される基準電圧Vkが供給される。そして、オペア
ンプ41の出力電圧Vbはトランジスタ複合接続型増幅
回路50の第1トランジスタ51のベースに供給され、
その第1トランジスタ51のエミッタ電流が、抵抗43
とコンデンサ44とによるC−R回路を介してオペアン
プ41の−入力端子に供給されるようになっている。
【0019】トランジスタ複合接続型増幅回路50は、
2つのトランジスタ51,52を用いてダーリントン接
続された大きな電流増幅が得られる増幅回路であり、第
1トランジスタ51のコレクタには、両抵抗53,54
を介して、また第2トランジスタ52のエミッタには、
抵抗54を介して夫々電源電圧V2が供給される。そし
て、第2トランジスタ52のコレクタ電流が半導体レー
ザ11に駆動電流Iとして供給するように構成されてい
る。
【0020】即ち、レーザ強度が変動することによりモ
ニタピーク電圧Vaが基準電圧Vkに対して、微小電圧
だけ変動したときには、オペアンプ41の出力電圧Vb
も変動し、第1トランジスタ51のエミッタ電流が変動
することから半導体レーザ11の駆動電流Iが変化し
て、レーザ強度を修正するので、モニタピーク電圧Va
は略基準電圧Vkと等しい電圧に制御される。
【0021】基準電圧切換回路60は、図示外のレーザ
点灯信号LSを受けて、このレーザ点灯信号LSの
「H」レベル(約5V)/「L」レベル(0V)に基づ
いてオペアンプ41の+入力端子に出力する基準電圧V
kを切換える回路であり、レーザ点灯信号LSの入力端
子61は、2つの分圧抵抗62,63を介して接地さ
れ、「H」レベルのレーザ点灯信号LSを入力端子61
に受けたときには、2つの分圧抵抗62,63で決定さ
れる所定の基準電圧Vk(例えば、約 0.7V)を出力す
る一方、「L」レベルのレーザ点灯信号LSを入力端子
61に受けたときには、0Vの基準電圧Vkを出力す
る。
【0022】即ち、この基準電圧切換回路60において
は、「H」レベル/「L」レベルのレーザ点灯信号LS
を2つの分圧抵抗62,63を介して切換えるととも
に、基準電圧Vkをオペアンプ41の+入力端子に直接
に供給するので、その基準電圧Vkを瞬時に切換えるこ
とができる。
【0023】ここで、半導体レーザ11のレーザ光を画
像データに応じて変調する変調回路70について簡単に
説明する。前記第2トランジスタ52のコレクタ電流を
バイパスする為のトランジスタ71が設けられ、このト
ランジスタ71のベースには、抵抗72とスピードアッ
プ用コンデンサ73との並列接続を介して、負論理の画
像データGDが入力端子74に供給される。即ち、
「H」レベルの画像データGDが入力端子74に入力さ
たときには、そのトランジスタ71が導通して、第2ト
ランジスタ52のコレクタ電流がこのトランジスタ71
に流れるので、半導体レーザ11にはレーザ光を出射す
る駆動電流Iが供給されないことから、画素形成が行な
われず、また「L」レベルの画像データGDが入力さた
ときには、そのトランジスタ71が遮断して、第2トラ
ンジスタ52のコレクタ電流が半導体レーザ11に供給
されることから、画素形成が行われる。
【0024】次に、以上説明した半導体レーザ駆動回路
1のレーザ駆動動作について説明する。先ず、画像形成
の終了に伴って、「L」レベルのレーザ点灯信号LSが
入力端子61に供給されたとき、オペアンプ41の+入
力端子には、「0V」に切換えられた基準電圧Vkが瞬
時に供給されるので、オペアンプ41の−入力端子に供
給さるモニタピーク電圧Vaが、その基準電圧Vkに略
等しくなるように、抵抗43とコンデンサ44とによる
負帰還により降下するので、オペアンプ41の出力電圧
Vbも降下し、第1トランジスタ51のエミッタ電流が
降下することから、第2トランジスタ52のコレクタ電
流が低減されて半導体レーザ11のレーザ強度が降下す
る。
【0025】その結果、フォトダイオード12からのモ
ニタ電流Imが降下する。ここで、ピークホールド回路
30において、低いモニタ電圧Vmはダイオード33の
カソードに供給されないで、モニタピーク電圧Vaは抵
抗34とコンデンサ35による時定数に基づいて徐々に
下降する。そして、オペアンプ41の出力電圧Vbが第
1トランジスタ51の動作電圧以下に降下したとき、第
1・第2トランジスタ51,52が遮断されて、半導体
レーザ11はレーザ発光しなくなり、オペアンプ41の
−入力端子には「0V」のモニタピーク電圧Vaが供給
されることになる。
【0026】一方、画像形成する為に、図2に示すよう
に、t0の時点において、「H」レベルのレーザ点灯信
号LSが入力端子61に供給されたとき、オペアンプ4
1の+入力端子には、図3に示すように、t0の時点に
おいて、「0.7 V」に切換えられた基準電圧Vkが瞬時
に供給されるので、オペアンプ41の出力電圧Vbが増
加し、第1トランジスタ51と第2トランジスタ52と
が導通して、図4に示すように、t0の時点から、半導
体レーザ11に駆動電流Iの供給が開始され、レーザ強
度特性に基づいて、レーザ光のレーザ強度が上昇し、t
2の時点で画像形成可能なレーザ強度に達する。その
後、モニタ電圧Vmに基づくモニタピーク電圧Vaが、
基準電圧Vkに対する所定電圧となるように負帰還制御
され、半導体レーザ11は所定のレーザ強度でレーザ発
光する。
【0027】即ち、半導体レーザ11の点灯/消灯を制
御する為に外部より入力される「H」レベル/「L」レ
ベルのレーザ点灯信号LSを受けて、駆動制御回路40
の基準電圧Vkを切換える基準電圧切換回路60を設け
たので、駆動制御回路40の基準電圧Vkは、何らC−
R回路を介さずにその基準電圧切換回路60から直接に
供給されることから、切換え時の応答遅れがなく、瞬時
に切換えられる。故に、半導体レーザ11の点灯の為に
基準電圧Vkが切換えられたときに、半導体レーザ11
が画像形成可能な所定のレーザ強度に達するまでの立ち
上げ時間は、半導体レーザ11のレーザ強度特性だけに
基づくことから、立ち上げ時間を短縮でき、しかもその
立ち上げ時期の精度を高めるとともに、画像記録媒体の
汚れを防止することができる。
【0028】更に、電流制御回路20は、フォトダイオ
ード12の出力を受けてピークホールドするピークホー
ルド回路30と、基準電圧Vkとピークホールド回路3
0の出力とを+入力端子と−入力端子とに夫々受けるオ
ペアンプ41を有する駆動制御回路40と、この駆動制
御回路40の出力を受けて半導体レーザ11の駆動電流
Iを制御するトランジスタ複合接続型増幅回路50とを
備えたので、フォトダイオード12の出力のピーク値が
略基準電圧Vkになるように差動増幅され、更にトラン
ジスタ複合接続型増幅回路50により大きな増幅率で増
幅された駆動電流Iを半導体レーザ11に供給すること
から、半導体レーザ11のレーザ強度の微小な変動を精
度よく確実に解消できる。
【0029】尚、前記トランジスタ複合接続型増幅回路
50は、複数のトランジスタを用いたダーリントン接続
やこれの各種の変形型接続であってもよい。また、基準
電圧切換回路60にアナログスイッチを設け、基準電圧
Vkを「0」Vと「0.7 V」とに切換えるように構成す
る等、本発明の技術的思想の範囲内において、既存の技
術や当業者に自明の技術に基いて種々の変更を加えるこ
ともあり得る。尚、半導体レーザにより画像形成するレ
ーザファクシミリや複写機等の各種の半導体レーザ駆動
回路に本発明を適用し得ることは勿論である。
【0030】
【発明の効果】請求項1の半導体レーザ駆動回路によれ
ば、半導体レーザの点灯/消灯を制御する為に外部より
入力される「H」レベル/「L」レベルのレーザ点灯信
号を受けて、電流制御回路の基準電圧を切換える基準電
圧切換回路を設けたので、電流制御回路の基準電圧は、
何らC−R回路を介さずに、基準電圧用電源から直接に
供給されることから、切換え時の応答遅れがなく、瞬時
に切換えられる。故に、半導体レーザの点灯の為に基準
電圧が切換えられたときに、半導体レーザが画像形成可
能な所定のレーザ強度に達するまでの立ち上げ時間は、
半導体レーザのレーザ強度特性だけに基づくことから、
立ち上げ時間を短縮でき、しかもその立ち上げ時期の精
度を高めるとともに、画像記録媒体の汚れを防止するこ
とができる。
【0031】請求項2の半導体レーザ駆動回路によれ
ば、請求項1と同様の効果を奏するが、前記電流制御回
路は、ピークホールド回路と、駆動制御回路と、トラン
ジスタ複合接続型増幅回路とを備えたので、フォトダイ
オードの出力のピーク値が略基準電圧になるように、ト
ランジスタ複合接続型増幅回路により大きな増幅率で増
幅された駆動電流を半導体レーザに供給することから、
半導体レーザのレーザ強度の微小な変動を精度よく確実
に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る半導体レーザ駆動回路の
回路図である。
【図2】レーザ点灯信号の信号レベルを示す図である。
【図3】基準電圧の電圧レベルを示す図である。
【図4】半導体レーザのレーザ強度特性を示す図であ
る。
【図5】従来技術に係る図1相当図である。
【図6】従来技術に係る図2相当図である。
【図7】従来技術に係り、画像形成時における駆動制御
回路のオペアンプの−入力端子の電圧降下特性を示す図
である。
【図8】従来技術に係る図4相当図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ駆動回路 10 半導体レーザチップ 11 半導体レーザ 12 フォトダイオード 20 電流制御回路 30 ピークホールド回路 40 駆動制御回路 41 オペアンプ 50 トランジスタ複合接続型増幅回路 60 基準電圧切換回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザが出射するレーザ光のレー
    ザ強度を電気信号に変換するフォトダイオードと、この
    フォトダイオードの出力をフィードバックして所定のレ
    ーザ強度で発光するように半導体レーザの駆動電流を制
    御する電流制御回路とを備えた半導体レーザ駆動回路に
    おいて、 前記半導体レーザの点灯/消灯を制御する為に外部より
    入力される「H」レベル/「L」レベルのレーザ点灯信
    号を受けて、電流制御回路の基準電圧を切換える基準電
    圧切換回路を設けたことを特徴とする半導体レーザ駆動
    回路。
  2. 【請求項2】 前記電流制御回路は、前記フォトダイオ
    ードの出力を受けてピークホールドするピークホールド
    回路と、基準電圧とピークホールド回路の出力とを+入
    力端子と−入力端子とに夫々受ける駆動制御回路と、こ
    の駆動制御回路の出力を受けて半導体レーザの駆動電流
    を制御するトランジスタ複合接続型増幅回路とを備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ駆動回
    路。
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