JPH0883948A - 半導体レーザ装置、情報記録再生装置及び画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィードバック系のフィードバック量を制御
増幅器のダイナミックレンジを損なうことなく自動補正
可能とするとともに、半導体レーザの遅延や光検出器の
接合容量のバラツキによる特性の変化を調整可能とし
て、また高い消光比が得られる半導体レーザ装置を提供
する。 【構成】 入力端子に制御入力されるとともに信号が光
検出器２４の出力信号が負帰還され、負帰還端子から制
御信号と出力信号との誤差信号を利得を可変して各々独
立して出力する差動可変増幅器５と差動可変増幅器６
と、この差動可変増幅器６から出力される誤差信号を所
望の周波数特性で増幅する制御増幅部１０と、半導体レ
ーザ２３に駆動電流を供給するドライブ段１３と、差動
可変増幅器５から出力される誤差信号に基づいて負帰還
端子に位相遅れを補償するための補償電流を負帰還する
補償回路９を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置、レー
ザ・プリンタ、光データ通信システム等に用いられる半
導体レーザ装置、当該半導体レーザ装置を用いる光ディ
スク装置の如き情報記録再生装置、及び、当該半導体レ
ーザ装置を用いるレーザ・プリンタや複写機の如き画像
記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、直接光強度変調が容易
で、小型、低消費電力および高効率などの利点から、大
容量の記憶装置である光ディスク装置やレーザ・ビーム
・プリンタ等のシステムに多く利用されている。

【０００３】しかしながら、現状の半導体レーザは次の
ような特性により、出射光量の変動が生じる欠点があ
る。 (1) 温度変化、経年変化による微分量子効率の変化。

【０００４】(2) 温度変化、反射光（戻り光）による
しきい値電流の変化。 (3) 反射光（戻り光）によるモードホッピング雑音の
発生。 このため半導体レーザを駆動するには、半導体レーザの
出力光量をモニタし安定化する制御回路が必要不可欠で
ある。特に光ディスク装置では、大容量化とデータの高
転送速度を計るために、より精度の高い光強度変調と、
再生時の低雑音化が要求されている。

【０００５】現在入手可能な半導体レーザを、光ディス
ク装置の光源として用いつつレーザ雑音を抑圧するため
に広帯域フロントＡＰＣ法が知られている（例えば田
口、星野：光ディスク装置における「高精度レーザ制御
方式（１１）、１９９１年電子情報通信学会春季全国大
会、Ｃ−３７２」等）。

【０００６】広帯域フロントＡＰＣ法は、記録再生時に
実際に光ディスクに照射される光、すなわち、半導体レ
ーザのフレント光の一部を光検出器に導いて検出し、そ
の検出信号を半導体レーザの光出力制御に用いるという
ものである。この方法によれば制御帯域を広くできるこ
とにより、レーザ雑音を低減することができる。

【０００７】この広帯域フロントＡＰＣでは、再生信号
帯域に対し制御帯域をいかに広くするかがポイントであ
る。広帯域フロントＡＰＣの制御帯域を再生信号帯域よ
り広くする技術は、例えば特開平４−２０８５８１号公
報（発明の名称「半導体レーザ装置」）に開示されてい
る。

【０００８】この半導体レーザ装置では、半導体レーザ
の出力光を検出する光検出器から負帰還される出力信号
と、外部からの制御信号との誤差信号を出力する誤差検
出回路を設け、この誤差信号に基づいて半導体レーザの
駆動電流を制御する帰還ループを構成するとともに、こ
の帰還ループの位相遅れを補償するための補償電流を誤
差検出回路の入力に負帰還する補償回路を備えている。

【０００９】ところで、この公知技術では前述した半導
体レーザの微分量効率のバラツキや、経年変化、装置毎
の光学系調整のバラツキによる上記帰還ループの帰還量
の変化について考慮されていない。

【００１０】さらに、半導体レーザの遅延や光検出器の
接合容量のバラツキによる周波数特性の変化についても
考慮されていない。上述した帰還量の変化や周波数特性
の変化があると、特に光ディスク装置のような情報記録
再生装置の用途ではレーザ雑音の低減効果が十分でなく
なるばかりか、ノイズへの過渡応答特性の劣化により不
要なノイズを発生することになる。

【００１１】またさらに、記録時のパルス過渡応答特性
の劣化は記録マーク変動を誘発し再生マージンを大幅に
損失することになり一層深刻である。一方、レーザ・プ
リンタ等では光のオンオフの比である消光比を極めて高
くすることを要求されているが、オフの領域即ちレーザ
発振しきい値以下では帰還の効率が大幅に低下し高い消
光比を得ることができないという問題があった。このこ
とを、図１５と図１６のシミュレーション結果を参照し
て説明する。

【００１２】図１５にオンオフ時のモニタＰＤ電流の応
答波形を示す。オン時の光量は高速の応答性をもち安定
しているが、オフの瞬間は十分にオフとならず制御系が
劣化していることが分かる。図１６にオンオフ時のＬＤ
駆動電流の応答波形を示す。オフの瞬間はしきい値電流
までしか駆動電流を抑制できていないことが分かる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体レーザ装置では、半導体レーザの微分量子効率
のバラツキ、経年変化、装置毎の光学系調整のバラツキ
による帰還ループの帰還量の変化や、半導体レーザの遅
延や光検出器の接合容量のバラツキによる周波数特性の
変化について考慮されていない。

【００１４】このため、光ディスク装置のような情報記
録再生装置の用途ではレーザ雑音の低減効果が十分でな
くなるばかりか、ノイズへの過渡応答特性の劣化により
不要なノイズを発生することになり十分とはいえない。

【００１５】また、消光比性能が要求される用途では、
レーザ発振しきい値以下では帰還の効率が大幅に低下し
高い消光比を得ることができない。本発明は、半導体レ
ーザの駆動電流を負帰還制御する帰還系の帰還量を、制
御増幅器のダイナミックレンジを損なうことなく自動補
正可能とするとともに、半導体レーザの遅延や光検出器
の接合容量のバラツキによる特性の変化を調整可能とし
て、また高い消光比が得られる半導体レーザ装置を提供
することを目的とする。

【００１６】また、本発明は、このような半導体レーザ
装置を用い、良好な記録再生特性が可能となる情報記録
再生装置を提供することを目的とする。さらに、本発明
は、このような半導体レーザ装置を用いて高精度の画質
が得られる画像記録装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次の半導体
レーザ装置により達成される。すなわち、半導体レーザ
と、この半導体レーザの出力光を検出する光検出器と、
前記半導体レーザを駆動する駆動部と、前記半導体レー
ザの出力を帰還制御すべく、外部から与えられる制御信
号と前記光検出器の出力光とを受けてこれら制御信号及
び出力光で規定される駆動信号を前記駆動部に与える制
御増幅部と、前記光検出器、前記駆動部及び前記制御増
幅部で構成される帰還制御ループの位相を、当該帰還制
御ループの時間的及び電気的挙動に従って能動的に制御
する補償部とを具備する半導体レーザ装置。

【００１８】上記目的は、次の半導体レーザ装置により
達成される。すなわち、半導体レーザと、この半導体レ
ーザの出力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザ
を駆動する駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制
御すべく、外部から与えられる制御信号と前記光検出器
の出力光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定さ
れる駆動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記
制御信号の値に応じて前記帰還制御のモードを変えるモ
ード変化部とを具備する半導体レーザ装置。

【００１９】上記目的は、次の情報記録再生装置により
達成される。すなわち、半導体レーザと、この半導体レ
ーザの出力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザ
を駆動する駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制
御すべく、外部から与えられる制御信号と前記光検出器
の出力光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定さ
れる駆動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記
光検出器、前記駆動部及び前記制御増幅部で構成される
帰還制御ループの位相を当該帰還制御ループの時間的及
び電気的挙動に従って能動的に制御する補償部とを具備
する半導体レーザ装置と、この半導体レーザ装置の出力
光を記録媒体に照射する照射部と、前記記録媒体の反射
光を検出する検出部と、この検出部の出力から再生信号
を生成する再生信号生成部と、前記半導体レーザ装置に
供給すべき前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
を具備する情報記録再生装置。

【００２０】上記目的は、次の画像記録装置により達成
される。すなわち、半導体レーザと、この半導体レーザ
の出力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザを駆
動する駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制御す
べく、外部から与えられる制御信号と前記光検出器の出
力光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定される
駆動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記光検
出器、前記駆動部及び前記制御増幅部で構成される帰還
制御ループの位相を、当該帰還制御ループの時間的及び
電気的挙動に従って能動的に制御する補償部とを具備す
る半導体レーザ装置と、この半導体レーザ装置の出力光
を感光体に走査する走査部と、この走査部の走査により
形成される潜像を可視化する画像形成部と、この検出部
の出力から再生信号を生成する再生信号生成部と、前記
半導体レーザ装置に供給すべき前記制御信号を生成する
制御信号生成部と、を具備する画像記録装置。

【００２１】上記目的は、次の画像記録装置により達成
される。すなわち、半導体レーザと、この半導体レーザ
の出力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザを駆
動する駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制御す
べく、外部から与えられる制御信号と前記光検出器の出
力光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定される
駆動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記制御
信号の値に応じて前記帰還制御のモードを変えるモード
変化部とを具備する半導体レーザ装置と、この半導体レ
ーザ装置の出力光を感光体に走査する走査部と、この走
査部の走査により形成される潜像を可視化する画像形成
部と、この検出部の出力から再生信号を生成する再生信
号生成部と、前記半導体レーザ装置に供給すべき前記制
御信号を生成する制御信号生成部と、を具備する画像記
録装置。

【００２２】

【作用】本発明の半導体レーザ装置においては、補償部
により、光検出器、駆動部及び制御増幅部で構成される
帰還制御ループの位相を当該帰還制御ループの時間的及
び電気的挙動に従って能動的に制御するので、前記帰還
制御ループと独立してフィードバックの位相補償が独立
に調整できる。

【００２３】また、本発明の半導体レーザ装置において
は、モード変化部により、制御信号の値に応じて帰還制
御のモードを変える、例えば、制御信号が零の期間は半
導体レーザの駆動電流を強制的に零とする等を行えるの
で、消費電力を低減することができる。

【００２４】さらに、本発明の半導体レーザ装置を情報
記録再生装置に用いた場合、各種のバラツキに強くなり
装置製造の歩留まりが向上する。またさらに、本発明の
半導体レーザ装置を画像記録装置に用いた場合、高い消
光比と高精度の光量精度、高速の安定なパルス特性によ
り、高速で高画質な特性を得ることができる。

【００２５】

【実施例】図１を参照して本発明の第１原理に係るの半
導体レーザ装置を説明する。図１に示すように、第１原
理に係るの半導体レーザ装置は、半導体レーザ５１０
と、光検出器５２０と、駆動部５３０と、制御増幅部５
４０と、補償部５５０とを具備する。ここで、光検出器
５２０は、半導体レーザ５１０の出力光を検出する。駆
動部５３０は、半導体レーザ５１０に駆動電流を与え
る。制御増幅部５４０は、半導体レーザ５１０の出力
を、帰還制御によりＡＰＣ制御すべく、端子５３１，５
４２を介して与えられる制御信号と、光検出器５２０の
出力光信号とを受け、これら制御信号及び出力光信号で
規定される駆動信号を、駆動部５３０に与える。補償部
５５０は、光検出器５２０と駆動部５３０と制御増幅部
５４０とにより構成される帰還ループの位相、とりわけ
位相遅れを、当該帰還ループの時間的及び電気的挙動に
従って能動的に制御する。

【００２６】このような図１に示す第１原理に係るの半
導体レーザ装置としては、次のような具体的な実施例が
ある。図２に示すように、第１実施例の半導体レーザ装
置は、集積回路化した半導体レーザ制御回路１と、半導
体レーザ制御回路１に接続された半導体レーザ２３と、
半導体レーザ２３の出力光を検出する光検出器２４と、
半導体レーザ制御回路１に外付けされた複数の抵抗器等
からなる。

【００２７】半導体レーザ制御回路１は、次のように構
成されている。入力端子３０には外部から制御電流信号
が入力される。この制御電流信号は、電流−電圧変換回
路２によって制御電圧信号に変換され。この制御電圧信
号は、制御増幅部１０と、第２の可変利得手段である可
変利得型差動増幅器５とに夫々入力される。この制御増
幅部１０は、第１の可変利得手段である可変利得型差動
増幅器６と、演算増幅器７と、両増幅器６、７の出力の
減算する差動増幅器８とからなり、駆動制御信号を出力
する。

【００２８】この差動増幅器８から出力される駆動制御
信号は、レベルシフト１１により所望の電位にレベルシ
フトされる。このレベルシフトされた駆動制御信号は、
バッファー１８と、半導体レーザ２３のドライブ電流を
検出するためのトランジスタ１２と、半導体レーザ２３
に駆動電流を供給するトランジスタ１３とに夫々入力さ
れる。

【００２９】トランジスタ１３の容量は、トランジスタ
１２の容量の約１００倍である。トランジスタ１２には
駆動電流の約１％が流れることにより、外部抵抗Ｒ１の
電圧降下で、駆動電流がモニタされる。コンパレータ１
４は、この電圧降下を基準電圧Ｒｅｆ３とで比較し、検
出結果をバッファー１６を介して外部に出力するととも
に、レベルシフト１１の出力電位を下げることにより駆
動電流を制限する。

【００３０】ウインドウコンパレータ１５は、演算増幅
器７の出力電圧が基準電圧範囲Ｒｅｆ１とＲｅｆ２の範
囲にあるときに、制御状態を判定し、判定結果をバッフ
ァー１７を介して外部に出力する。

【００３１】その他、半導体レーザ制御回路１には電源
電圧の低下を検出して自動的に制御動作を停止する電源
監視回路２１、外部からのコントロールで制御動作を作
動または停止に切替えるパワーセーブ回路２２が設けら
れている。

【００３２】電流−電圧変換回路２からの制御電圧信号
は、例えばディジタル情報を表すように強度変調された
変調信号電圧であり、これが抵抗素子Ｒｉを介して制御
電流として制御増幅部１０の反転入力端子に入力されて
いる。制御増幅部１０の非反転入力端子には、電流−電
圧変換回路２と同一構成の電流−電圧変換回路３で生成
された基準電圧が、抵抗素子Ｒｉを介して入力されてい
る。

【００３３】光検出器２４のアノードは、端子３９に接
続されている。光検出器２４のモニタ電流は、端子３９
を通して制御増幅部１０の反転入力端子に負帰還され
る。これにより、半導体レーザ２３の出力光は、電流−
電圧変換回路２の制御電圧信号である変調信号電圧に比
例して光強度変調される。つまり、半導体レーザ２３
は、オート・パワー・制御される。

【００３４】演算増幅器７は、外付抵抗Ｒｚにより利得
の可変ができ、光検出器２４の接合容量の影響を回避す
る零点周波数を、最適化することができる。電圧−電流
変換回路１９，２０は、入力端子４４，４３を介して与
えられる電位を、それらの内部で基準電圧及び抵抗によ
りプルアップする。この電圧−電流変換回路１９，２０
のプルアップレベルは、電圧入力もしくは外付抵抗Ｒg
1，Ｒg2により設定ができる。電圧−電流変換回路１
９，２０の出力電流は、可変利得型差動増幅器６，５に
夫々入力される。

【００３５】一般に、可変利得型差動増幅器は、利得の
可変により出力のダイナミックレンジが大きく変る。こ
のため、可変利得型差動増幅器を回路（制御増幅部）の
後段に配置すると、制御系のダイナミックレンジを大幅
に低下させることになる。従って、可変利得型差動増幅
器は、回路（制御増幅部）の初段に配置することが望ま
しい。また、差動増幅器が可変利得機能を有すること
は、素子バラツキや光学系のバラツキを補償するために
は不可欠である。

【００３６】次に、本実施例の特徴の一つである可変利
得型差動増幅器５と制御増幅部１０との分離効果を説明
する。可変利得型差動増幅器５の出力は端子３３に接続
されている。この端子３３を、半導体レーザ制御回路１
の外部で端子３２に接続することにより、位相遅れ補償
電流、すなわち半導体レーザ２３の接合容量の影響等に
よる応答特性の劣化を改善する補償電流が、ＲＣ直列回
路からなる補償回路９で生成される。さて、このように
配置した場合、図３に示すように可変利得型差動増幅器
５と補償回路９とで作られるループを、独立のフィード
バックループとして考えることができる。即ち、半導体
レーザ２３の動作に関しては制御増幅部１０の入力であ
るVoutの位相特性のみを考慮すれば良いことになる。

【００３７】可変利得型差動増幅器５の利得を可変した
ときの位相進み効果を図４に示す。図４に示すように、
可変利得型差動増幅器５を利得可変させるだけで、十分
な位相進み効果が得られ、補償回路９の定数変更の必要
性はなく集積化回路への内臓が可能であり低コストとな
る。

【００３８】一方、制御系における利得の設定は、制御
のゲイン交差周波数、即ち制御帯域を先に決定すれば、
必要な利得が決定され無調整化が可能となる。さて、こ
のような効果を得るためには、可変利得型差動増幅器５
の周波数特性を目的とする制御帯域の１．５倍までは平
坦にする必要がある。

【００３９】以上のように本実施例においては、第１の
可変利得増幅手段が初段に配置されているので、当該第
１の可変利得増幅手段の利得を可変しても後段の高いゲ
インをもつ制御増幅手段のダイナミックレンジを損なわ
ず、特にしきい値電流のバラツキに強い高精度の制御が
可能となる。

【００４０】また、第２の可変利得増手段がフィードバ
ック制御ループと独立しているためフィードバックの位
相補償が独立に調整できるとともに、利得が可変できる
ことにより補償手段の定数を変更する必要がなくなり、
部品コストと調整コストが低減される。

【００４１】次に図５，図６を参照して本発明の第２実
施例に係る半導体レーザ装置を説明する。第２実施例に
係る半導体レーザ装置は、低い電源電圧での使用に際し
て、パルス特性を劣化すること無く駆動電流を増加させ
得るものである。図５においては、図２と同一部分には
同一符号を付してその説明は省略する。すなわち、入力
Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を、反転バッファＡＭＰ１０１
で反転し、レベルシフト１０３を介してドライブトラン
ジスタ１０５に供給する。ドライブトランジスタ１０５
の出力は、制御系ドライブトランジスタ１３と端子（Ｌ
ＤＫ）３７で加算され、半導体レーザ２２に供給され
る。ドライブトランジスタ１０５のゲインは、端子（Ｉ
Ｂ）１０６に外付けされる抵抗（Ｒｂ）により決定され
る（開ループ制御）。反転バッファＡＭＰ１０１の出力
は、抵抗ＲとキャパシタＣの直列回路で構成される補償
回路１０２に導かれる。

【００４２】この補償回路１０２の出力である高周波補
償電流は、可変利得増幅器ＧＣＡＭＰ１の反転入力端子
に供給され、閉ループ制御系によって生ずる不所望なト
ランジェントの発生を抑制する。発振器１０８は、外部
コントロール信号（ＯＮ／ＯＦＦ）により正弦波発信出
力（例えば３００ＭＨｚの高周波出力）の有無が切替え
られ、抵抗ＲとキャパシタＣの直列回路で構成される補
償回路１０９に導かれる。補償回路１０９の出力である
電流は、可変利得増幅器ＧＣＡＭＰ１の非反転入力端子
に供給され、光出力レベルを変化させず、つまり制御の
不安定性を招くこと無く、半導体レーザに高周波の正弦
波電流が流される。特に光ディスクの再生時において、
高周波の正弦波電流を流すと、半導体レーザの光出力が
マルチモード化し、戻り光によるモードホッピング発生
が抑制され、一層のレーザノイズ低減が図られる。ま
た、正弦波発振出力電流は、可変利得増幅器ＧＣＡＭＰ
１の非反転入力端子に供給されるため、反転入力端子と
異なり接合容量等が接続されておらず、減衰することな
く後段に伝達され、効率よく半導体レーザに高周波電流
を供給する。この高周波電流は正弦波であるので、不要
輻射ノイズの発生が押さえられる。

【００４３】図５においては、図２に示すフィードバッ
ク制御系の他に上記開ループ制御を併用しているが、こ
の場合、本来のフィードバック制御系に影響を与えない
ためには、入力信号に対応した開ループ制御の帰還電流
をフィードバック点すなわち可変利得増幅器ＧＣＡＭＰ
１の反転入力端子点に正しく帰還する必要がある。正し
く帰還されない場合は、その相違成分を本来のフィード
バック制御系がそれを補うように働き、これが光出力の
オーバーシュート等となって特性の劣化を招く。上記高
周波補償電流は半導体レーザ２２と光検出器２３が持つ
高周波域での帰還電流低下を補い、オーバーシュートの
発生を防止し、フィードバック制御系への影響を回避す
るように働く。図６は補償前と補償後のパルス特性のシ
ミュレーション結果を示している。

【００４４】以上のように第２実施例においては、入力
信号に応じて駆動電流を供給できるように２つの駆動手
段を並列に配置している。また、２つの駆動手段の並列
駆動により発生するオーバーシュートを、入力信号の高
周波成分をフィードバック点に注入することにより、補
償するようにしている。

【００４５】この結果、開ループ制御となるため、半導
体レーザの持つ特性を最大限に利用できるから、立上り
時間の短縮等のパルス特性が改善される。また、消光に
近い領域では、制御増幅器ＨＧＡＭＰ７が飽和領域に入
り、パルス特性が大幅に劣化する。並列駆動によれば、
制御増幅器の出力振幅が小さくなり、飽和状態に達する
ことなく、制御が行われ、消光比が大幅に改善される。
このため、制御増幅器の負担が軽減され、消光比が改善
される。

【００４６】次に、図７を参照して本発明の第２原理に
係るの半導体レーザ装置を説明する。 図７に示すよう
に、第２原理に係るの半導体レーザ装置は、半導体レー
ザ５１０と、光検出器５２０と、駆動部５３０と、制御
増幅部５４０と、入力判定部５６０と、出力変化部５７
０とを具備する。

【００４７】ここで、半導体レーザ５１０、光検出器５
２０、駆動部５３０及び制御増幅部５４０は、図１に示
す第１原理に係るの半導体レーザ装置と同じである。入
力判定部５６０及び出力変化５７０はモード変化部を構
成しており、前記制御信号の値に応じて前記帰還制御の
モードを変える。入力判定部５６０は、少なくとも制御
信号の零期間を判定する。出力判定部５７０は、入力判
定部５６０により制御信号が零期間のとき半導体レーザ
５１０に与えるべき駆動電流を強制的に零とするべく駆
動部５３０又は制御増幅部５４０に指令を与える。また
出力判定部５７０は、入力判定部５６０により制御信号
が零期間のとき半導体レーザ５１０に閾値電流を供給で
きるだけの値に保つべく駆動部５３０又は制御増幅部５
４０に指令を与える。

【００４８】次に、図８を参照して本発明の第３原理に
係るの半導体レーザ装置を説明する。図８に示すよう
に、第３原理に係るの半導体レーザ装置は、半導体レー
ザ５１０と、光検出器５２０と、駆動部５３０と、制御
増幅部５４０と、補償部５５０と、入力判定部５６０
と、出力変化部５７０とを具備する。

【００４９】ここで、半導体レーザ５１０、光検出器５
２０、駆動部５３０及び制御増幅部５４０は、図１，図
７に示す第１，第２原理に係るの半導体レーザ装置と同
じである。また、入力判定部５６０及び出力変化部５７
０は、図７に示す第２原理に係るの半導体レーザ装置と
同じである。つまり、第３原理に係るの半導体レーザ装
置は、第１原理に係るの半導体レーザ装置と、第２原理
に係るの半導体レーザ装置とを組合せたものである。

【００５０】このような図７，図８に示す第２，第３原
理に係るの半導体レーザ装置としては、次のような具体
的な実施例がある。図９に示すように、この半導体レー
ザ装置は、集積回路化した半導体レーザ制御回路３００
と、半導体レーザ制御回路３００に接続された半導体レ
ーザ部３２０と、半導体レーザ制御回路１に外付けされ
た複数の抵抗器等からなる。半導体レーザ部３２０は、
半導体レーザ３２１と、半導体レーザ３２１の出力光を
モニタする内臓光検出器３２２とからなる。

【００５１】半導体レーザ制御回路３００は次のように
構成されている。入力端子３１１には、外部からＴＴＬ
レベルの２値化信号が入力される。コンバータ３０１
は、この２値化信号を受け、この２値化信号に基づき制
御電圧信号と基準電圧とを生成する。この制御電圧信号
と基準電圧とは、制御増幅器１０及び第２の可変利得手
段である可変利得型差動増幅器５に夫々入力される。

【００５２】この制御増幅部１０は、駆動制御信号を出
力するものであり、第１の可変利得手段である可変利得
型差動増幅器６と、演算増幅器７と、両増幅器６、７の
出力を引算する差動増幅器８とからなる。この差動増幅
器８から出力される駆動制御信号は、レベルシフト１１
により所望の電位とされる。この所望の電位とされた駆
動制御信号はトランジスタ１３に与えられる。トランジ
スタ１３は、この駆動制御信号に応じて半導体レーザ３
２１に対し駆動電流を供給する。

【００５３】その他、半導体レーザ制御回路３００に
は、電源電圧の低下を検出して自動的に制御動作を停止
する電源監視回路２１が設けられている。コンバータ３
０１から出力される制御電圧信号は、例えばディジタル
情報を表すように強度変調された変調信号電圧である。
この変調信号電圧は、イコライザ３０２及び抵抗素子Ｒ
ｉを介して制御電流として制御増幅部１０の反転入力端
子に入力されている。なお、イコライザ３０３は、内臓
光検出器３２２の拡散遅延による不所望な特性を補償す
るものである。

【００５４】コンバータ３０１の変換ゲインは、端子３
１３の入力電圧により可変することができる。これによ
り、内臓光検出器３２２のモニタ量のバラツキが調整さ
れる。また、この端子３１３の入力電圧は、電圧−電流
変換器３０１に入力される。電圧−電流変換器３０１の
出力電流は、電圧−電流変換器１９の出力と加算され
る。この加算値により可変利得型差動増幅器６の利得は
可変される。これにより内臓光検出器３２２のモニタ量
のバラツキによるループゲインの変動を抑制することが
可能となる。制御増幅部１０の非反転入力端子には、コ
ンバータ３０１で生成された基準電圧が、抵抗素子Ｒｉ
を介して入力されている。

【００５５】光検出器３２２のアノードは端子３９に接
続されているから、光検出器３２２のモニタ電流は、端
子３９を通して制御増幅部１０の反転入力端子に負帰還
される。これにより、半導体レーザ３２１の出力光は、
イコライザ３０３の制御電圧信号である変調信号電圧に
比例して光強度変調される。そして、コンバータ３０１
の入力がＨレベル、即ち発光状態では、図２に示す半導
体レーザ装置１と同様の働きをする。

【００５６】コンバータ３０１の入力がＬレベルの場
合、制御増幅部１０の出力は、しきい値検出回路３０７
とレベルシフト３０６とに入力される。しきい値検出回
路３０７は入力がＬレベルとなった時にしきい値を検出
し、レベルシフト３０６に所望のレベルシフトを生じさ
せる。レベルシフト３０６の出力は、入力がＬレベルの
期間、スイッチ３０５と内部帰還抵抗Ｒｆを介してフィ
ードバックされ、制御増幅部１０の出力をクランプす
る。パルス生成回路３０２は、これらのタイミングをコ
ントロールする。特にパルス生成回路３０２の出力３１
０は、レベルシフト１１の出力を零にするように働き、
入力がＬレベルのあいだ半導体レーザの駆動電流を零と
する。

【００５７】以上の動作をシミュレーション結果を参照
して説明する。図１０にオンオフ時のモニタＰＤ電流の
応答波形を示す。オフの瞬間に光量は完全に零になって
いる。また、オンになるフィードバックループが正規に
なった瞬間においても過渡応答に乱れはなく、良好な特
性を示している。これは、常に制御増幅部１０がフィー
ドバック動作を継続しているためである。また、図１１
にオンオフ時のＬＤ駆動電流の応答波形を示す。オフ時
にＬＤ駆動電流が零であることが分かる。

【００５８】次に、図１２を参照して本発明の第４実施
例の半導体レーザ装置を説明する。先の実施例の半導体
レーザ装置においては、クランプレベルの検出方法とし
て、半導体レーザの閾値電流レベルを検出するようにし
ていた。しかしこの手段では、検出するタイミングが必
ずしも正確に検出できない場合がある。

【００５９】また、先の実施例の半導体レーザ装置にお
いては、半導体レーザの消光から発光へ切替えるための
信号成分が、制御ループに影響を与え、このため発光出
力にオーバーシュートが発生することがある。

【００６０】さらに、先の実施例の半導体レーザ装置に
おいて、半導体レーザ部が内臓しているの光検出器は、
拡散遅延等のために、明確な低域遮断特性（ＬＰＦ）と
は異なる劣化した周波数特性が発生することがある。ま
た、半導体レーザをフィードバック制御すると、このフ
ィードバック制御とは逆の特性が光出力に発生し、パル
ス特性が劣化させることになる。このため、半導体レー
ザ装置を組込んだレーザプリンタの場合においては、印
字特性を劣化させることがある。

【００６１】図１２に示す第４実施例の半導体レーザ装
置は、上述したいくつかの問題点を解消することができ
る。すなわち、外部制御信号（端子ＩＮ３１１）は、レ
ベル変換回路３０１で処理される。レベル変換回路３０
１の一つの信号出力は、ループ切替ＳＷ３０５、サンプ
ルホールド回路３０７、レベルシフト回路１１に制御パ
ルス信号として供給される。レベル変換回路３０１の他
方の信号出力は、入力制御ＡＭＰ３０３に供給され、光
出力を制御するための制御信号レベルに変換される。な
お、入力制御ＡＭＰ３０３は、外付け抵抗３１３により
出力振幅が可変される。反転バッファ１０１は、補償回
路１０２により生成された高周波補償電流をフィードバ
ック点に供給することにより、半導体レーザ３２１のＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御により発生するオーバーシュートの発生
を防止することができる。反転バッファ１０１の出力
は、外部供給端子１０４（ＥＱ）に供給され、外付け回
路１０３により光検出器３２２の特性劣化を補償する。

【００６２】すなわち、第４実施例の半導体レーザ装置
においては、常に得られる制御系の信号レベルは、発光
時の制御出力レベルであることに着目し、発光時のレベ
ルを検出するサンプルホールド回路を設けている。

【００６３】また、前述した図５に示した実施例と同様
に、出力レベルシフト１１により半導体レーザ３２１の
ＯＮ／ＯＦＦ制御は、開ループ制御として実現される。
したがって、図５に示した実施例と同様の遅れ位相の補
償を行っている。

【００６４】さらに、外付け回路（外付け抵抗３１３）
によって、入力信号の高周波成分をフィードバック点に
注入することにより、半導体レーザ部３２０の内臓光検
出器３２２の不所望な特性を補償している。

【００６５】以上のように第４の実施例の半導体レーザ
装置においては、クランプレベルを発光時の値とするこ
とにより、検出タイミング処理等の複雑な処理が不要と
なり、回路構成が簡易となる。また、発光時のオーバー
シュート発生が回避でき、切替えタイミングの調整が不
要となる。さらに、光検出器３２２の特性補償を外付け
回路（外付け抵抗３１３）で行うようにしているため、
汎用性が増す。

【００６６】次に、図１３を参照して、上記実施例に示
した半導体レーザ装置を用いて構成した本発明に係わる
情報記録再生装置を説明する。すなわち、制御増幅部１
０とドライブ回路１３を含む半導体レーザ制御回路１
は、制御電流Ｉｃと利得制御電圧Ｖｇを生成する記録波
形生成回路８０によって制御される。図２に示した半導
体レーザ２３とモニタ用光検出器２４とは、固定された
光学ユニット７０に設けられている。

【００６７】光ディスク７８へのデータ書き込み時、半
導体レーザ２３は、情報によりアナログ的にまたはディ
ジタル的に変調された制御電流Ｉｃにしたがってレーザ
ビームを出射する。半導体レーザ２３の出力ビームは、
コリメータレンズ、複合プリズム、ガルバノミラー、再
生用ホログラム素子等より構成される光学ユニット７０
により、移動光学ヘッド７７に導かれる。移動光学ヘッ
ド７７は、情報記録再生装置にセットされて回転する光
ディスク７８の半径方向に直線的に移動可能に構成され
ている。

【００６８】光ディスク７８に記録された情報を再生す
るときは、半導体レーザ２３は記録時より弱い光強度の
レーザビームを、読み出し用ビームとして出力する。こ
の場合にも、読み出しビームは、同様にして光学ユニッ
ト７０および移動光学ヘッド７７により光ディスク７８
に導かれる。また、この時の光ディスク７８からの反射
光は、移動光学ヘッド７７から光学ユニット７０に戻
り、複合プリズム７２で分離されて再生用ホログラム素
子により再生用光検出器７６に集光される。

【００６９】半導体レーザ２３からの出力光の一部は、
複合プリズムによって分離されて光検出器７６に入力さ
れる。これにより、光検出器２４の受光面以外に光を当
てないようにし、不要な拡散遅延信号の発生を防止して
いる。

【００７０】再生用光検出器７６の光検出出力は、プリ
アンプと演算回路からなる演算処理回路８１に導かれ、
再生情報信号とサーボ用信号が分離生成される。サーボ
用信号はサーボ回路８３に導かれ、移動光学ヘッド７７
を制御する。再生情報信号はディジタル処理可能な２値
信号と再生クロックを生成する２値化・ＰＬＬ回路８２
に導かれ、ここで処理された後ディスクコントローラ８
４へ供給される。ディスクコントローラ８４は変復調回
路と誤り訂正回路を備え、さらにサーボ回路８３と記録
波形生成回路８０とを制御するコントローラ、ＳＣＳＩ
インターフェイス等を含んで構成される。ディスクコン
トローラ８４は、半導体レーザ制御回路１の異常検出状
態を判定し情報記録再生装置の安定動作を達成する。

【００７１】記録波形生成回路８０は、制御電流信号Ｉ
ｃを正確に設定するためのＤ／Ａコンバータと、半導体
レーザ制御回路１からのモニタ出力信号を読み取るため
のＡ／Ｄコンバータとを備え、データバスを通じてコン
トローラ８４とデータの送受を行う。

【００７２】次に、図１４を参照して、上記実施例に示
した半導体レーザ装置を用いて構成した本発明に係わる
画像記録装置を説明する。図１４において、図示しない
イメージコントローラから送出されたビデオ信号４００
は、インターフェイス４０１を介し、シーケンスコント
ローラ４０２から半導体レーザ制御回路３００の入力端
子３１１に導かれる。半導体レーザ制御回路３００はそ
のビデオ信号４００をもとに作られたレーザ制御信号に
したがって、高精度の光量設定精度と高速応答性能によ
りレーザをオンオフする。そのレーザ出力ビームは、コ
リメータレンズ３２０からシリンドリカルレンズ３３２
を通り、ポリゴンミラー３２５を照射する。ポリゴンミ
ラー３２５は一定速度で回転しており、ポリゴンミラー
３２５で反射されたレーザビームは、トーリックレンズ
３２６から結合レンズ３２７を通りミラー３３１で反射
され感光ドラム３３２上を走査する。

【００７３】感光ドラム３３２は、一定速度で回転され
走査が重ならないようにされている。感光ドラム３３２
上の画像はドットで描かれるが、各ドットが多少重なる
ように画像が描かれるため、それぞれのドットがつなが
って線で描いたように見え、連続的な画像が形成され
る。

【００７４】レーザビームはポリゴンミラー３２５の一
面を走査するごとに光検出器３３０によってタイミング
が検出され、水平同期信号生成部４０３でレーザ制御信
号の送出タイミングが調整される。半導体レーザ制御回
路３００のもつ高速応答性は印字スピードの大幅に向上
させるとともに、さらに、高精度の光量設定精度は印字
のムラ発生を完全に防止して、高解像度の印字を達成す
ることができる。一方、従来光量の制御は走査開始前に
光量調整するサンプリング方式でありシーケンスコント
ローラの負荷は重くコストアップとなっていた。

【００７５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
第１の可変利得増幅器が制御増幅部の初段に配置されて
いるため、当該第１の可変利得増幅器の利得を可変して
も後段の高いゲインをもつ制御増幅部のダイナミックレ
ンジを損なわず、特にしきい値電流のバラツキに強い高
精度の制御が可能となる。

【００７６】また、第２の可変利得増幅器がフィードバ
ック制御ループと独立しているため、フィードバックの
位相補償が独立に調整できるとともに、利得が可変でき
ることにより補償手段の定数を変更する必要がなくな
り、部品コストと調整コストが低減される。

【００７７】さらに、制御信号が零の期間は半導体レー
ザの駆動電流を強制的に零とするため、消費電力を低減
することができる。またさらに、この半導体レーザ装置
を情報記録再生装置に用いた場合、各種のバラツキに強
くなり装置製造の歩留まりが向上する。

【００７８】さらにまた、この半導体レーザ装置を画像
記録装置に用いた場合、高い消光比と高精度の光量精
度、高速の安定なパルス特性により、高速で高画質な特
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１原理に係る半導体レーザ装置の概
略ブロック図。

【図２】本発明に係る半導体レーザ装置の第１実施例の
詳細な回路図。

【図３】図２における差動可変増幅器５と補償回路９と
で作られるループを示す回路図。

【図４】図２における差動可変増幅器５の利得を可変し
たときの位相進み効果を示す特性図。

【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の第２実施例の
詳細な回路図。

【図６】図５に示す第２実施例の半導体レーザ装置のパ
ルス特性における補償前及び補償後のシミュレーション
結果を示す特性図。

【図７】本発明の第２原理に係る半導体レーザ装置の概
略ブロック図。

【図８】本発明の第３原理に係る半導体レーザ装置の概
略ブロック図。

【図９】本発明に係る半導体レーザ装置の第３実施例の
詳細な回路図。

【図１０】図９における半導体レーザのオン・オフ制御
時のモニタＰＤ電流波形を示す特性図。

【図１１】図９における半導体レーザのオン・オフ制御
時のＬＤ駆動電流波形を示す特性図。

【図１２】本発明に係る半導体レーザ装置の第４実施例
の詳細な回路図。

【図１３】図２の実施例の半導体レーザ装置を用いた光
ディスク装置の構成を示す図。

【図１４】図９の実施例の半導体レーザ装置を用いた画
像記録装置の構成を示す図。

【図１５】従来の半導体レーザ装置における半導体レー
ザのオン・オフ制御時のモニタＰＤ電流波形を示す図。

【図１６】従来の半導体レーザ装置における半導体レー
ザのオン・オフ制御時のＬＤ駆動電流波形を示す図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ制御回路 ２…電流／電圧
変換回路 ６…差動可変増幅回路 ７…演算増幅回
路 ８…差動増幅器 １１…レベルシ
フト回路 １４…コンパレータ回路 １９…電圧／電
流変換回路 ２１…電源監視回路 ２３…半導体レ
ーザ ２４…モニタ用光検出素子 ７１…コリメー
タレンズ ７２…複合プリズム ７３…集光レン
ズ ７４…ガルバノミラー ７５…ホログラ
ム素子 ７７…移動光学系 ７８…光ディス
ク ８０…記録波形生成系 ８１…演算処理
回路 ８２…２値化・ＰＬＬ回路 ８３…サーボ回
路 ８４…コントローラ ３０１…ＴＴＬ
／ＥＣＬ変換回路 ３０３…イコライザ回路 ３０５…アナロ
グスイッチ ３２５…ポリゴンミラー ３２６…トーリ
ックレンズ ３２７…結像ミラー ３３２…感光ド
ラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｂ 7/125 Ａ 7811−5Ｄ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、 この半導体レーザの出力光を検出する光検出器と、 前記半導体レーザを駆動する駆動部と、 前記半導体レーザの出力を帰還制御すべく、外部から与
   えられる制御信号と前記光検出器の出力光とを受けてこ
   れら制御信号及び出力光で規定される駆動信号を前記駆
   動部に与える制御増幅部と、 前記光検出器、前記駆動部及び前記制御増幅部で構成さ
   れる帰還制御ループの位相を、当該帰還制御ループの時
   間的及び電気的挙動に従って能動的に制御する補償部と
   を具備する半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記補償部は、可変利得アンプと、キャ
   パシタンス及び抵抗を含むＣＲ回路とを具備し、前記可
   変利得アンプの入力には前記制御信号と前記光検出器の
   出力光とが与えられ、前記可変利得アンプの出力と前記
   ＣＲ回路の一端とが接続され、前記ＣＲ回路の他端が前
   記制御増幅部の入力側に接続される請求項１に記載の半
   導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記可変利得アンプは、当該可変利得ア
   ンプの制御帯域の少なくとも１．５倍以上の周波数帯域
   まで平坦な周波数特性を有する請求項１に記載の半導体
   レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記制御増幅部は、少なくとも、初段ア
   ンプとして可変利得差動アンプと、前記初段アンプより
   も高い利得の後段アンプとを具備する請求項１に記載の
   半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記制御信号の値に応じて前記帰還制御
   のモードを変えるモード変化部を、更に具備する請求項
   １に記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記モード変化部は、前記半導体レーザ
   に与えるべき駆動電流を、前記制御信号の値が零の期間
   は強制的に零とする手段を具備する請求項５に記載の半
   導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記モード変化部は、前記制御増幅部の
   出力を、前記制御信号の値が零の期間は前記半導体レー
   ザに閾値電流を供給できるだけの値に保つクランプ手段
   を具備する請求項５に記載の半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 半導体レーザと、 この半導体レーザの出力光を検出する光検出器と、 前記半導体レーザを駆動する駆動部と、 前記半導体レーザの出力を帰還制御すべく、外部から与
   えられる制御信号と前記光検出器の出力光とを受けてこ
   れら制御信号及び出力光で規定される駆動信号を前記駆
   動部に与える制御増幅部と、 前記制御信号の値に応じて前記帰還制御のモードを変え
   るモード変化部とを具備する半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 半導体レーザと、この半導体レーザの出
   力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザを駆動す
   る駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制御すべ
   く、外部から与えられる制御信号と前記光検出器の出力
   光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定される駆
   動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記光検出
   器、前記駆動部及び前記制御増幅部で構成される帰還制
   御ループの位相を当該帰還制御ループの時間的及び電気
   的挙動に従って能動的に制御する補償部とを具備する半
   導体レーザ装置と、 この半導体レーザ装置の出力光を記録媒体に照射する照
   射部と、 前記記録媒体の反射光を検出する検出部と、 この検出部の出力から再生信号を生成する再生信号生成
   部と、 前記半導体レーザ装置に供給すべき前記制御信号を生成
   する制御信号生成部とを具備する情報記録再生装置。
10. 【請求項１０】 半導体レーザと、この半導体レーザの
    出力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザを駆動
    する駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制御すべ
    く、外部から与えられる制御信号と前記光検出器の出力
    光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定される駆
    動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記光検出
    器、前記駆動部及び前記制御増幅部で構成される帰還制
    御ループの位相を当該帰還制御ループの時間的及び電気
    的挙動に従って能動的に制御する補償部とを具備する半
    導体レーザ装置と、 この半導体レーザ装置の出力光を感光体に走査する走査
    部と、 この走査部の走査により形成される潜像を可視化する画
    像形成部と、 この検出部の出力から再生信号を生成する再生信号生成
    部と、 前記半導体レーザ装置に供給すべき前記制御信号を生成
    する制御信号生成部とを具備する画像記録装置。
11. 【請求項１１】 半導体レーザと、この半導体レーザの
    出力光を検出する光検出器と、前記半導体レーザを駆動
    する駆動部と、前記半導体レーザの出力を帰還制御すべ
    く、外部から与えられる制御信号と前記光検出器の出力
    光とを受けてこれら制御信号及び出力光で規定される駆
    動信号を前記駆動部に与える制御増幅部と、前記制御信
    号の値に応じて前記帰還制御のモードを変えるモード変
    化部とを具備する半導体レーザ装置と、 この半導体レーザ装置の出力光を感光体に走査する走査
    部と、 この走査部の走査により形成される潜像を可視化する画
    像形成部と、 この検出部の出力から再生信号を生成する再生信号生成
    部と、 前記半導体レーザ装置に供給すべき前記制御信号を生成
    する制御信号生成部とを具備する画像記録装置。