JPH0467260B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体発光素子から発生する光出力を
自動的に制御する光出力自動制御装置に関し、特
に光出力変調時における系の安定化手段に関す
る。

半導体レーザ等に用いられる半導体発光素子に
おける順方向電流と出力光量とは第１図に示すよ
うな関係を有している。すなわち出力光量は或る
一定のしきい値以上の順方向電流を流さないと得
られない。このしきい値は温度の関数であり、温
度が上昇するに従つて曲線，，，という
具合にしきい値が増加する。したがつて出力光量
を一定レベルＬに保つためには温度変化に応じて
半導体発光素子に流す順方向電流を制御する必要
がある。

第２図は従来の光出力自動制御装置の構成を示
す図である。第２図において１は半導体発光素子
であり、可変電流源２から順方向電流を通流さ
れるものとなつている。なお半導体発光素子１に
は変調用スイツチング回路３が直列に接続されて
いる。４はPINダイオード等の光検出器であり、
前記発光素子１から発せられる光の一部を受光し
光電変換する。この光検出器４の検出電流は電流
−電圧変換器５によつて電圧に変換され比較器６
の入力端に与えられる。上記比較器６の入力
端には、ポテンシヨメータ７から目標値に相当す
る基準電圧が与えられる。かくして比較器６から
は目標値と検出値との差に相当する差出力が得ら
れる。この差出力は積分器８によつて積分され、
前記可変電流源２にフイードバツク制御信号とし
て与えられる。その結果、発光素子１の出力光量
の変化分に応じて順方向電流が増減され出力光量
が一定に保たれる。

しかるに第２図に示した光出力自動制御装置に
は次のような問題がある。すなわち第２図におけ
るフイードバツク系は出力光量の平均値と目標値
との差が零になるように作動するので、連続発光
制御の場合には問題が生じないが、変調用スイツ
チング回路３を動作させ光出力をスイツチングす
ることにより変調動作を行なう場合においてスイ
ツチングのデユーテイ比が変化すると、それに伴
つて変調光のピーク値も変化してしまうことにな
る。

第３図ａ，ｂ，ｃおよびｄ，ｅ，ｆはそのもよ
うを示している。すなわち第３図ａのようにデユ
ーテイ比40：10の変調波形の場合は平均値が同図
ｂの如くになり、その結果、変調時Ｔにおける出
力光量は同図ｃのようになる。また第３図ｄのよ
うにデユーテイ比10：40の変調波形の場合は平均
値が同図ｅのようになり、その結果、変調時Ｔに
おける出力光量は同図ｆのようになる。

なお高速のスイツチングを行なう場合にはスイ
ツチング変調開始時と終了時においてフイードバ
ツク系の遅れによつて大幅なパワーの変動が発生
することは避けられない。この点を改善すべく、
フイードバツク系の応答速度をスイツチングサイ
クルより十分高くすることが考えられるが、光デ
イスクやレーザプリンタ等で用いられる周波数は
数ＭHz以上であり、実装する場合には浮遊容量除
去手段を講じなければならない上、使用される回
路素子にも制限が加わるのでコスト高となり現実
的でない。

本発明はこのような事情に基いてなされたもの
であり、その目的は温度変化に対して安定な一定
の出力光量が得られるのは勿論、変調時における
変調信号波形のデユーテイ比が大幅に変化しても
変調光のピーク値が変化することがなく、しかも
変調開始時あるいは変調終了時において大幅なパ
ワー変動が生じない光出力自動制御装置を提供す
ることにある。

本発明は上記目的を達成するために次の如く構
成したことを特徴としている。すなわち半導体発
光素子に第１の電流源から順方向電流を供給して
発光させ、その光の一部を受光器で受光して光電
変換し、その波形率を平均化したのち光出力の目
標値と比較してその差出力を得、この差出力を積
分して第１の電流源にフイードバツク制御信号と
して与えるようにする。そして第１の電流源に第
２の電流源を併設し、この第２の電流源に変調時
におけるピークパワーを設定すると共に、変調信
号に応動する変調用スイツチにより、上記第２の
電流源をON・OFFして発光素子の出力変調を行
なうようにする。そして変調信号の波形率を平均
化した信号を前記変調時におけるピークパワーの
設定値に乗じて前記目標値に加算することによ
り、光出力変調時において光量検出信号に含まれ
る「ピークパワー設定値」×「変調信号の平均値」
なる成分を除去し、系の安定化をはかるようにし
たことを特徴としている。

以下、本発明の詳細を図面に示す実施例によつ
て明らかにする。

第４図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。なお第２図と同一部分には同一符号
を付してある。第４図において９は第２の可変電
流源であり、第１の可変電流源２に並列的に設け
られている。そして上記第２の可変電流源９と直
列に変調用高速電流スイツチ１０が接続されてい
る。この高速電流スイツチ１０は端子１１に与え
られる変調信号によつてスイツチング動作するも
のとなつている。一方フイードバツク系の電流−
電圧変換器５の出力端には第１の平均化回路とし
ての低域フイルタ１２を接続し、この低域フイル
タ１２の出力端を比較器１３の入力端に接続し
ている。比較器１３の一方入力端には無変調時
の目標値となるパワー設定値が設定器１４から与
えられる。また比較器１３の他方の入力端には
アナログ乗算器１５の出力が与えられる。アナロ
グ乗算器１５の一方の入力端には変調時のピーク
パワー設定値が設定器１６から与えられ、他方の
入力端には変調信号供給端子１１に与えられる変
調信号を、抵抗１６とコンデンサ１８とからなる
第２の平均化回路としての低域フイルタによつて
波形率を平均化した信号が供給される。変調時ピ
ークパワー設定器１６の出力は効率調整回路１９
にも供給される。効率調整回路１９は可変電源２
０を備えており、発光素子１が変調時ピークパワ
ー設定器１６の出力電圧に対応した発光をなすよ
うに、上記設定器１６の出力電圧と第２の可変電
流源９の電流値との比例関係を調整するものとな
つている。

次に上記の如く構成された本装置の動作を説明
する。先ず無変調時の動作を説明する。始動時に
おいて無変調時パワー設定器１４の出力電圧が比
較器１３を経由して積分器８に供給されると、積
分器８から第１の可変電流源２に対し電流増加制
御入力が与えられる。このため第１の可変電流源
２がその引込み電流値を増加させて発光素子１の
順方向電流を増加させる。順方向電流がしきい値
を越えると発光素子１が発光をはじめる。この発
光した光の一部は光検出器４に受光され光電流を
発生させる。この光電流は電流−電圧変換器５よ
り電圧に変換されたのち低域フイルタ１２を通り
比較器１３の入力端に供給される。したがつて
比較器１３において無変調時パワー設定器１４か
らの目標値に相当する基準電圧と比較されその差
電圧が増幅器としての積分器８に供給される。こ
のため積分器８により上記差電圧に応じたフイー
ドバツク制御信号が得られ、これが第１の可変電
流源２に与えられる。発光素子１の発光量が増加
して比較器１３に入力する検出信号の大きさが無
変調時パワー設定器１４からの基準電圧と等しく
なると、比較器１３の出力は零になる。その結
果、積分器８の出力は平衡し発光素子１は一定の
出力光量で発光をつづける。

温度が変化して出力光量が変化すると、光検出
器４、電流−電圧変換器５、フイルタ１２を通し
てその変化分を含んだ検出信号が比較器１３に入
力するので、比較器１３から基準電圧との差電圧
が出力され、積分器８を介して第１の可変電流源
２に前記変化分を打消すような制御入力が与えら
れる。このため発光素子１は常に無変調時パワー
設定器１４の設定値に対応した出力光量を維持す
る。なお上記動作においては変調信号が与えられ
ていないので、高速電流スイツチ１０はOFF状
態になつており、第２の可変電流源９による影響
は生じない。またアナログ乗算器１５の一方の入
力ｍも零であるため、上記乗算器１５の出力すな
わちｍ×ｎも零である。したがつて比較器１３に
アナログ乗算器１５の出力が影響を及ぼすおそれ
もない。

次に変調時の動作を説明する。端子１１に第５
図Ａのような変調信号が与えられると、この変調
信号に応じて高速電流スイツチ１０がON，OFF
動作する。このため発光素子１には第２の可変電
流源９によつて決定された電流がスイツチのON
時において第１の可変電流源２による電流値に加
算されて流れる。その結果、発光パワーが上昇し
た形で変調が行なわれる。このとき光検出器４で
検出され、電流−電圧変換器５で電圧に変換さ
れ、さらに低域フイルタ１２で波形率を平均化さ
れた検出信号は、第５図Ｂの変調波形率平均値に
変調時ピークパワー設定器１６の出力電圧を乗じ
た第５図Ｃのような波形の信号を、第５図Ｄに示
す無変調時パワー設定器１４の出力電圧に重量し
た第５図Ｅのような波形となる。ここで変調時に
おける系の乱れを防ぐためには第５図Ｅの波形か
ら変調時に発生する第５図Ｃに示す波形すなわち
変調波形率平均値と変調時ピークパワー設定値と
を乗じたものを、差引いてやればよい。

そこで本実施例では端子１１に与えられた第５
図Ａの変調信号を抵抗１７とコンデンサ１８とか
らなる低域フイルタを通すことにより波形率を平
均化して第５図Ｂのような波形の信号を得、これ
をアナログ乗算器１５の一方の入力ｍとして与え
ると共に、上記アナログ乗算器１５の他方の入力
ｎとして変調時ピークパワー設定用電源１６の出
力電圧を与えている。したがつてアナログ乗算器
１５からはｍ×ｎすなわち変調波形率平均値に変
調時ピークパワー設定値を乗じた第５図Ｃに示す
波形の出力が送出され、これが比較器１３の入
力端の一つに加えられる。このため比較器１３か
らは（Ｃ＋Ｄ）−Ｅなる出力が得られることにな
り、波形Ｃによる系の乱れが補償される。無論こ
の場合、低域フイルタ１２の周波数特性と、抵抗
１７、コンデンサ１８からなる平均化回路のそれ
とは、実用的な範囲で同一の値となつている。そ
の結果、系全体としては温度変化、変調信号の波
形率の変化、変調時ピークパワー設定値の変更等
に対しても乱れを生じることなく追従する。

ところで第２の可変電流源９で制御される電流
値によつて増加した発光素子１の出力が変調時ピ
ークパワー設定値と一致していないと、（Ｃ＋Ｄ）
−Ｅ＝０なる条件が成立しないことになる。

そこで本実施例では変調時ピークパワー設定器
１６と第２の可変電流源９との間に効率調整回路
１９を介在させている。この回路１９によつて変
調時ピークパワー設定値とこれによつて決定され
る第２の可変電流源９の電流値との比例関係が調
整され、変調時ピークパワー設定値と発光素子１
による出力光量すなわち光検出器４で受光検出さ
れる検出々力との一致がはかられる。

本装置は前述したように、変調時ピークパワー
設定値の変更を行なつても系に乱れを生じさせず
にすむことから、CAV（角速度一定）方式の光デ
イスクに対応するランダムアクセス時において、
光学式ピツクアツプの半径方向への動きに応じて
光出力を変化させて記録品質の向上をはかる場合
において有効に使用可能である。この場合、変調
時ピークパワー設定器１６の代りに第６図のよう
な回路を用いることが望ましい。

第６図において２１ａ，２１ｂ……２１ｎは光
デイスクの半径方向のビーム位置情報を与える端
子であり、これらの端子２１ａ，２１ｂ……２１
ｎから与えられたビーム位置情報をROM（リー
ドオンリーメモリ）２２に供給する。ROM２２
には第７図に示すような位置に対応する所定の信
号レベルをもつたデイジタル信号が得られるよう
にその内容を設定しておく。そして上記ROM２
２の出力をＤ／Ａ変換器２３にてアナログ信号に
変換して端子２４から出力する。かくしてデイス
クの半径方向の位置に応じた出力光量が得られ
る。

なお本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。たとえば前記実施例では効率調整回路
１９として変調時ピークパワー設定値と第２の可
変電流源９による電流値との比例演算を行なうよ
うにした場合を示したがこれに限られるものでは
ない。すなわち一般に半導体レーザ等に使用され
る発光素子はしきい値以上の順方向電流を重畳さ
せるようにした実用上の範囲では第１図に示すよ
うにその発光効率Δ_p／Δ_iが一定であるため前記
実施例の如く比例演算を行なうだけで十分であ
る。しかるに発光素子１の発光効率が非直線性を
有している場合には、単なる比例演算のみでは不
十分になる。かかる場合には効率調整回路１９と
して非直線性の逆関数を用いた演算を行なうこと
により補正を行なう手段を備えたものを用いれば
よい。また経時変化によつて発生する発光効率
Δ_p／Δ_iの変化を調整するために、マイクロプロ
セツサ等により自動調整する手段を備えるように
してもよい。さらに、光検出器４としてのPINダ
イオードには公知の温度補償手段を付加するよう
にしてもよい。このほか本発明の要旨を変更しな
い範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。

以上説明したように本発明によれば、光出力変
調時において光量検出信号に含まれている「変調
信号の波形率平均値」×「変調時のピークパワー設
定値」成分を差引く手段を設け、系の安定化をは
かるようにしたので、温度変化に対して安定な一
定の光出力を発生させ得るのは勿論、変調時にお
ける変調信号波形のデユーテイ比が変化しても変
調光のピーク値が変動することなく、しかも光出
力の変調を無変調時に用いられる第１の電流源に
併設した第２の電流源によつて行なうようにした
ので、変調開始時あるいは変調終了時において大
幅なパワー変動が生じない光出力自動制御装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体発光素子の順方向電流に対する
出力光量の特性例を示す図、第２図は従来の光出
力自動制御装置の構成を示すブロツク図、第３図
ａ〜ｆは第２図の装置における動作説明用波形
図、第４図は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図、第５図は同実施例の動作説明用波形図、
第６図および第７図は本発明の一部変形例を示す
ブロツク図および特性曲線図である。 １……半導体発光素子、２……（第１の）可変
電流源、３……変調用スイツチ、４……光検出
器、５……電流−電圧変換器、６……比較器、７
……ポテンシヨメータ、８……積分器、９……第
２の可変電流源、１０……変調用高速電流スイツ
チ、１１……変調信号供給端子、１２……低域フ
イルタ（第１の平均化回路）、１３……比較器、
１４……無変調時パワー設定器、１５……アナロ
グ乗算器、１６……変調時ピークパワー設定器、
１７……抵抗、１８……コンデンサ、１９……効
率調整回路、２０……可変電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体発光素子と、この半導体発光素子に順
   方向電流を供給して発光させる第１の電流源と、
   この第１の電流源により発光した前記半導体発光
   素子からの光の一部を受光して光電変換する光検
   出器と、この光検出器の出力信号を平均化する第
   １の平均化回路と、この第１の平均化回路にて平
   均化した信号を光出力の目標値と比較しその差出
   力を得る比較器と、この比較器で得た差出力を増
   幅して前記第１の電流源にフイードバツク制御信
   号として与える増幅器と、前記第１の電流源に併
   設される第２の電流源と、この第２の電流源に変
   調時におけるピークパワーを設定する手段と、こ
   の手段にてピークパワーを設定された前記第２の
   電流源を変調信号に応じてON・OFFすることに
   より前記発光素子の光出力を変調する変調用スイ
   ツチと、前記変調信号の波形率を平均化する第２
   の平均化回路と、この第２の平均化回路にて平均
   化された信号を前記変調時におけるピークパワー
   設定値に乗じて前記目標値に加算する手段とを具
   備したことを特徴とする光出力自動制御装置。 ２ 第２の電流源に対し変調時におけるピークパ
   ワーを設定する手段は、発光素子の発光効率を調
   整する効率調整回路を備えたものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光出力自動
   制御装置。