(57)【要約】【課題】電圧駆動の場合、点灯時に端子電圧を制御して負帰還制御を行うと、駆動電圧の変動量に対して駆動電流、即ち発光量が指数関数的に変動してしまうため、負帰還制御のゲインが大きく変動して安定した制御を行うのが難しい。【解決手段】電圧駆動方式を採る半導体レーザ駆動装置において、半導体レーザＬＤの光量が規定光量となるように当該半導体レーザＬＤの駆動電流を駆動電流制御回路１１によって制御し、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧を検出する。そして、駆動電圧制御回路１２において、その検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に半導体レーザＬＤに印加する駆動電圧を設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源から発光素子に印加される駆動電圧を制御する第１の制御手段と、電流源から前記発光素子に供給される駆動電流を制御する第２の制御手段とを有し、これら第１，第２の制御手段によって前記発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、
前記発光素子の消灯時に当該発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、
前記試験電流供給手段から前記試験電流が供給されているときの前記発光素子の端子電圧を基に消灯時に前記発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段と
を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記第２の制御手段は、前記発光素子の光量制御時に前記電流源を制御し、
前記第１の制御手段は、前記第２の制御手段による前記電流源の制御の結果前記発光素子に生じた電圧に対応して前記電圧源の電圧を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記第１の制御手段は、前記発光素子の光量制御時に前記電圧源を制御し、
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段による前記電流源の制御の結果前記発光素子に流した電流に対応して前記電流源の電流を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の発光素子駆動装置。
【請求項４】
電圧源から発光素子に印加される駆動電圧を制御するとともに、電流源から前記発光素子に供給される駆動電流を制御することにより、前記発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、
前記発光素子に対してバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、
前記発光素子の消灯時に当該発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、
前記試験電流供給手段から前記試験電流が供給されているときの前記発光素子の端子電圧を基に消灯時に前記発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段と、
前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧を基に前記発光素子の消灯時に当該発光素子に前記バイアス電流供給手段から供給するバイアス電流を設定するバイアス電流設定手段と
を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項５】
前記バイアス電流設定手段は、前記発光素子の端子電圧が前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧に一致するように負帰還制御して前記バイアス電流を設定する
ことを特徴とする請求項４記載の発光素子駆動装置。
【請求項６】
前記バイアス電圧設定手段による前記バイアス電圧の設定および前記バイアス電流設定手段による前記バイアス電流の設定を所定のサイクルで実行し、温度変動による前記発光素子の電圧−電流特性変動に伴って前記バイアス電流を設定し直す
ことを特徴とする請求項４または５記載の発光素子駆動装置。
【請求項７】
前記バイアス電流供給手段の電流源と前記試験電流供給手段の電流源とを共用する
ことを特徴とする請求項４記載の発光素子駆動装置。
【請求項８】
電圧源から複数の発光素子に印加される駆動電圧を制御するとともに、電流源から前記複数の発光素子に供給される駆動電流を制御することにより、前記複数の発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、
前記複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、
前記試験電流供給手段から前記試験電流が流れているときの前記複数の発光素子の各端子電圧同士を演算する演算手段と、
前記演算手段で算出した電圧値を基に消灯時に前記複数の発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段と
を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項９】
前記演算手段は、前記複数の発光素子の各端子電圧の最小値と最大値の間でかつ最小値と最大値を除く電圧値を算出する
ことを特徴とする請求項８記載の発光素子駆動装置。
【請求項１０】
前記演算手段は前記電圧値を複数算出し、これら複数の電圧値の中から前記バイアス電圧を選択する
ことを特徴とする請求項８または９記載の発光素子駆動装置。
【請求項１１】
電圧源から複数の発光素子に印加される駆動電圧を制御するとともに、電流源から前記複数の発光素子に供給される駆動電流を制御することにより、前記複数の発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、
前記複数の発光素子に対してバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、
前記複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、
前記試験電流供給手段から前記試験電流が流れているときの前記複数の発光素子の各端子電圧同士を演算する演算手段と、
前記演算手段で算出した電圧値を基に消灯時に前記複数の発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段と、
前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧を基に前記複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に前記バイアス電流供給手段から供給する各バイアス電流を設定するバイアス電流設定手段と
を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項１２】
前記バイアス電圧設定手段は前記電圧値を複数算出し、これら複数の電圧値の中から前記バイアス電圧の電圧値を選択する
ことを特徴とする請求項１１記載の発光素子駆動装置。
【請求項１３】
前記バイアス電流供給手段は、前記複数の発光素子の各端子電圧が前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧に一致するように負帰還制御して前記バイアス電流を設定する
ことを特徴とする請求項１１または１２記載の発光素子駆動装置。
【請求項１４】
前記バイアス電圧設定手段による前記バイアス電圧の設定および前記バイアス電流設定手段による前記バイアス電流の設定を所定のサイクルで実行し、温度変動による前記複数の発光素子の電圧−電流特性変動に伴って前記バイアス電流を設定し直す
ことを特徴とする請求項１１，１２または１３記載の発光素子駆動装置。
【請求項１５】
前記バイアス電流供給手段の電流源と前記試験電流供給手段の電流源とを共用する
ことを特徴とする請求項１１記載の発光素子駆動装置。
【請求項１６】
前記試験電流供給手段は、前記試験電流の電流値を設定する手段を前記複数の発光素子に対して共通に有する
ことを特徴とする請求項８または１１記載の発光素子駆動装置。
【請求項１７】
電圧源から発光素子に印加される駆動電圧を制御する第１の制御手段と、電流源から前記発光素子に供給される駆動電流を制御する第２の制御手段とを有し、これら第１，第２の制御手段によって前記発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、
前記第２の制御手段は、前記発光素子の光量制御時に前記電流源を制御し、
前記第１の制御手段は、前記第２の制御手段による前記電流源の制御の結果前記発光素子に生じた電圧に対応して前記電圧源の電圧を設定する
を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部抵抗（シリーズ抵抗）が大きい発光素子の駆動装置に関し、特にレーザゼログラフィーに用いられるレーザ素子等の発光素子の駆動に用いて好適な発光素子駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ素子を光源とするレーザゼログラフィーの分野では、より高解像度化、より高速化の要求が強くなってきている。入力画像データに応じてレーザ素子の駆動をオン／オフ制御する速度（以下、変調速度と記す）には限度がある。レーザ光のビーム数を１本とした場合には、主走査方向の解像度のみならず、副走査方向の解像度をも上げようとすると、変調速度が犠牲にならざるを得ない。したがって、変調速度を上げずに副走査方向の解像度を上げるためには、レーザ光のビーム数を増すしかない。レーザ光のビーム数を例えば４本にした場合は、変調速度が１本の場合と同じと仮定すると、主走査・副走査方向の解像度を２倍に向上できる。
【０００３】
ところで、半導体レーザは、レーザ光が活性層と平行な方向に取り出される構造の端面発光型レーザ素子（以下、端面発光レーザと記す）と、レーザ光が活性層に垂直な方向に取り出される構造の面発光型レーザ素子（以下、面発光レーザと記す）とに大別される。従来、レーザゼログラフィーでは、レーザ光源として一般的に端面発光レーザが用いられていた。
【０００４】
しかしながら、レーザ光のビーム数を増やすという観点からすると、端面発光レーザは技術的に難しいとされており、構造上、端面発光レーザよりも面発光レーザの方がレーザ光のビーム数を増やすのに有利である。このような理由から、近年、レーザゼログラフィーの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるために、レーザ光源として、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。
【０００５】
半導体レーザの駆動方式は、電圧駆動方式と電流駆動方式とに大別される。ここで、ＧａＮ（窒化ガリウム）系青色レーザやシングルモード面発光レーザなどの内部抵抗が大きい発光素子の駆動を考えた場合、電流駆動方式で駆動すると、内部抵抗Ｒと配線等の寄生容量Ｃで決まる時定数τ（＝Ｒ・Ｃ）が大きくなり、駆動電流波形の立ち上がり、立ち下がりが非常に緩慢になるため変調速度が低下する。したがって、この変調速度を大幅に改善しなければ、特にレーザゼログラフィーにおいて、レーザ光源として面発光レーザを使うメリットがなくなる。
【０００６】
このような観点からすると、内部抵抗が大きい発光素子の駆動方式としては、電流駆動方式よりも電圧駆動方式の方が有利である。この電圧駆動方式の駆動装置では、従来、変調速度の高速化を図るために、発光素子よりも低出力インピータンスの素子で電圧駆動している（例えば、特許文献１参照）。この電圧駆動方式のレーザ駆動装置では、点灯時にはフィードバック制御を行って規定光量に対応する駆動電圧Ｖｏｎを半導体レーザに印加し、消灯時には発光閾値以下のバイアス電圧Ｖbiasを半導体レーザに印加するようにしている。
【０００７】
一方、多数のレーザ光ビームを出射可能なレーザ素子（マルチビームレーザ）の駆動装置では、従来、コストダウンを図るために、消灯時に流すバイアス電流Ｉｂｉａｓを複数の半導体レーザで共通に設定している（例えば、特許文献２参照）。この電流駆動方式のマルチビームレーザ駆動装置では、複数個の半導体レーザ間で特性がばらつくことを考慮して、変調速度を優先する場合はバラツキの最大電流値を全ての半導体レーザのバイアス電流Ｉｂｉａｓとして設定し、または誤点灯の防止を優先する場合はバラツキの最小値に合わせて電流値を決定するようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−０３６１８６号公報
【特許文献２】
特開平０９−２７２２２３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザの駆動電流Ｉは、一般的に、
Ｉ＝Ｉs＊［ｅｘｐ｛ｑ（Ｖ−ＩＲ）／ｋＴ｝−１］
なる式で表される。ここで、Ｉsは逆飽和電流、ｑは素電荷（電子の電荷）、Ｖは駆動電圧、Ｒは半導体レーザの内部抵抗、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
【００１０】
そして、内部抵抗Ｒでの電圧降下が小さい低光量領域では、図９に示す特性図から明らかなように、駆動電流Ｉは駆動電圧Ｖに対して指数関数的に変動する。したがって、電圧駆動方式の駆動装置では、点灯時に端子電圧を制御して負帰還制御を行うと、駆動電圧Ｖの変動量ΔＶに対して駆動電流Ｉ、即ち発光量が指数関数的に変動してしまうため、負帰還制御のゲインが大きく変動して安定した制御を行うのが難しいという課題がある。
【００１１】
消灯時にも、内部抵抗Ｒが大きい半導体レーザを素早く消灯するためには、半導体レーザに電圧を印加する必要がある。最も簡単に実現するには、印加電圧をゼロにすれば良い。しかしながら、端面発光レーザの場合には、高速変調するには消灯時にも発光閾値電流付近のバイアス電流Ｉｂｉａｓを流し続ける必要があるため、半導体レーザを消灯する際には、この発光閾値電流付近の電流に相当する電圧を印加しなければならない。
【００１２】
一方、面発光レーザの場合には共振器の体積が小さいので、高速変調のためにバイアス電流Ｉｂｉａｓを流す必要はない。ただし、回路上、駆動電圧の振幅が小さい方が変調速度を高めることができるので、レーザ発振しない程度のバイアス電圧を半導体レーザの消灯時に印加しておく方が望ましい。しかし、点灯時と同様に消灯時に印加するバイアス電圧は、図９から明らかなように、駆動電圧のわずかな変化で駆動電流が大きく変動するので駆動電圧の設定が難しい。
【００１３】
さらに、駆動電圧が設定できたとしても、バイアス電圧を固定で設定すると、温度変動に伴って電流が変動するので、電流を考慮せずに駆動電圧だけで適切なバイアス電流Ｉｂｉａｓを維持することが難しい。このように、内部抵抗が大きい半導体レーザを高速に駆動するには、消灯時にも閾値以下でＯＮ電圧に近い駆動電圧を印加するのが望ましいが、電圧を直接制御しようとすると点灯時と同様の制御性が課題となる。
【００１４】
また、電圧駆動方式におけるより重要な課題として、発光光量の温度に対する変動が挙げられる。半導体レーザの光量は基本的に駆動電流に比例し、温度に対しては発光閾値電流の寄与が大きい。したがって、発光閾値電流よりも十分大きな電流で電流駆動している場合には、温度に対する発光光量の変動は無視できる程度に小さい。
【００１５】
また、電圧駆動方式の場合には、半導体レーザの端子電圧は定電流のもとで温度に対して負の温度係数を持っているため、半導体レーザを点灯した状態では温度が上昇しても光量が変動しないように駆動電圧を温度変動に合わせ下げていく必要がある。逆に消灯した状態では、温度が低下するので半導体レーザを再び点灯する際に同一の光量で点灯するには、温度の低下に合わせて点灯時の電圧を消灯したときの電圧よりも上げなければならない。
【００１６】
このように、電圧駆動によって電流駆動並みの精度で光量を制御しようとすると、半導体レーザの駆動電圧を半導体レーザの温度に対応させて変化させなくてはならない。
【００１７】
また、マルチビームレーザの駆動に適した従来の電流駆動方式では、例えば消灯時に全ての半導体レーザで共通に流すバイアス電流Ｉｂｉａｓを発光閾値電流Ｉｔｈが最大の半導体レーザに合わせて設定すると、半導体レーザの特性ばらつきが大きい場合に、半導体レーザによってはバイアス電流Ｉｂｉａｓが発光閾値電流Ｉｔｈを越え、点灯したままになってしまう。このため、半導体レーザの特性ばらつきを厳しく抑え込む必要がある。しかし、スペックが厳しいと半導体レーザのコストアップや場合によっては歩留まり低下を来して半導体レーザを供給できない情況になりかねない。
【００１８】
一方、ＧａＮ系青色端面発光レーザやシングルモード面発光レーザの駆動に適した従来の電圧駆動方式では、半導体レーザの消灯時に印加するバイアス電圧の最適値が素子毎に異なるので、電圧源を素子毎に設ける必要がある。その際、高い周波数まで低いインピーダンスを維持できる電圧源を作るには大容量のコンデンサが素子毎に必要となる。特に、駆動装置のＩＣ化を考えた場合、大容量のコンデンサをＩＣ内部に作り込むとコストアップの要因になるので外に出す必要がある。しかし、外に出しても外付けのコンデンサが必要となるのでコストアップを招くことに変わりはない。
【００１９】
そこで、電流駆動方式の場合に一つの電流値に設定するのと同様に一つの電圧源で対応しようとすると、閾値電流の最大値あるいは最小値に合わせてバイアス電圧を制御することになる。しかし、電流駆動方式の場合と同様に、最大値または最小値に合わせて共通に電圧値を設定すると、半導体レーザの特性ばらつきを厳しく抑え込む必要がある。すなわち、マルチビームレーザの駆動装置を構成する場合、コストダウンを図るためには、１つの半導体レーザについての駆動回路をできるだけシンプルにする必要があるが、上述したことから明らかなように、従来の電圧駆動方式だと半導体レーザの性能が犠牲になってしまう。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発光素子駆動装置は、電圧源から発光素子に印加される駆動電圧を制御する第１の制御手段と、電流源から前記発光素子に供給される駆動電流を制御する第２の制御手段とを有し、これら第１，第２の制御手段によって前記発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、前記発光素子の消灯時に当該発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、前記試験電流供給手段から前記試験電流が供給されているときの前記発光素子の端子電圧を基に消灯時に前記発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段とを備える構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置では、電圧駆動と電流駆動（電圧駆動→電流駆動）とを併用している。そして、バイアス電圧の設定に当たって、光量制御も変調も行わない期間において、実際に消灯時に発光素子に流したい電流を、試験電流供給手段から発光素子に試験電流として供給し、この試験電流が流れているときの発光素子の端子電圧を検出する。そして、バイアス電圧設定手段では、その検出した電圧を基に、消灯時に発光素子に印加するバイアス電圧を設定する。これにより、僅かな電圧変化で電流が大きく変動して電流制御が難しかった従来技術と比較して、消灯時に印加するバイアス電圧を目標値に設定し易くなる。
【００２１】
請求項２記載の発光素子駆動装置は、請求項１記載の発光素子駆動装置において、前記第２の制御手段は、前記発光素子の光量制御時に前記電流源を制御し、前記第１の制御手段は、前記第２の制御手段による前記電流源の制御の結果前記発光素子に生じた電圧に対応して前記電圧源の電圧を設定する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、発光素子の光量が規定光量となるように当該発光素子の駆動電流を第２の制御手段によって制御し、規定光量のときの発光素子の端子電圧を検出する。そして、第１の制御手段では、その検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に発光素子に電圧を印加する電圧源の電圧値を設定する。これにより、発光素子、特に半導体レーザの駆動電流が光量にほぼ比例することから、光量制御のための負帰還ループのゲインを一定に保つことができるため、安定した制御を実現できる。
【００２２】
請求項３記載の発光素子駆動装置は、請求項１記載の発光素子駆動装置において、前記第１の制御手段は、前記発光素子の光量制御時に前記電圧源を制御し、前記第１の制御手段による前記電圧源の制御の結果前記発光素子に流した電流に対応して前記電流源の電流を設定する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、発光素子の内部抵抗が非常に高い場合には、光量制御時に電流源を制御して電流駆動を行うと、発光素子の内部抵抗と容量で決まる時定数の影響で目標光量への収束に時間がかかるのに対して、低出力インピーダンスの電圧源を制御して電圧駆動で制御を行うことにより、光量制御の収束時間を短縮できる。
【００２３】
請求項４記載の発光素子駆動装置は、電圧源から発光素子に印加される駆動電圧を制御するとともに、電流源から前記発光素子に供給される駆動電流を制御することにより、前記発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、前記発光素子に対してバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記発光素子の消灯時に当該発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、前記試験電流供給手段から前記試験電流が供給されているときの前記発光素子の端子電圧を基に消灯時に前記発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段と、前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧を基に前記発光素子の消灯時に当該発光素子に前記バイアス電流供給手段から供給するバイアス電流を設定するバイアス電流設定手段とを備える構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置では、電圧駆動と電流駆動（電圧駆動→電流駆動）を併用している。そして、バイアス電圧設定手段で設定されたバイアス電圧を基にバイアス電流設定手段で消灯時の電流駆動の際に発光素子に流すバイアス電流を設定し、当該バイアス電流を発光素子の消灯時に当該発光素子にバイアス電流供給手段から供給する。これにより、電圧駆動動作時の電圧と電流駆動動作時の電圧とがほぼ等しい値になり、電圧駆動から電流駆動に移行するときの電圧の変動幅が小さくなる。したがって、定電圧駆動から定電流駆動への移行時間を短縮できる。
【００２４】
請求項５記載の発光素子駆動装置は、請求項４記載の発光素子駆動装置において、前記バイアス電流設定手段が、前記発光素子の端子電圧が前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧に一致するように負帰還制御して前記バイアス電流を設定する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、例えば差動アンプを用いた負帰還制御の構成を採ることで、簡易な構成で発光素子の消灯時の端子電圧が、設定したバイアス電圧に一致するように制御を行うことができる。
【００２５】
請求項６記載の発光素子駆動装置は、請求項４または５記載の発光素子駆動装置において、前記バイアス電圧設定手段による前記バイアス電圧の設定および前記バイアス電流設定手段による前記バイアス電流の設定を所定のサイクルで実行し、温度変動による前記発光素子の電圧−電流特性変動に伴って前記バイアス電流を設定し直す構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、バイアス電圧の設定およびバイアス電流の設定を所定のサイクル、例えば光量制御のサイクルで実行し、温度変動による発光素子の電圧−電流特性変動に伴ってバイアス電流を設定し直すことにより、温度変動があって発光素子の電圧−電流特性が変動としても、発光素子に流すバイアス電流を一定に保つことができる。
【００２６】
請求項７記載の発光素子駆動装置は、請求項４記載の発光素子駆動装置において、前記バイアス電流供給手段の電流源と前記試験電流供給手段の電流源とを共用する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、バイアス電流供給手段と試験電流供給手段の各電流源を共用することにより、電流源を１つ削減できるため、その分だけ回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができるとともに消費電力を低減できる。
【００２７】
請求項８記載の発光素子駆動装置は、電圧源から複数の発光素子に印加される駆動電圧を制御するとともに、電流源から前記複数の発光素子に供給される駆動電流を制御することにより、前記複数の発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、前記複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、前記試験電流供給手段から前記試験電流が流れているときの前記複数の発光素子の各端子電圧を演算する演算手段と、前記演算手段で算出した電圧値を基に消灯時に前記複数の発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段とを備える構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に対して試験電流供給手段から試験電流を供給する。そして、演算手段では、試験電流が流れているときの複数の発光素子の各端子電圧同士を演算し、その算出した電圧値を基に、バイアス電圧設定手段で消灯時に各発光素子に印加するバイアス電圧を設定する。この構成を採ることで、１つのバイアス電圧設定回路を複数の発光素子に対して共通に設けることができるため、回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができる。
【００２８】
請求項９記載の発光素子駆動装置は、請求項８記載の発光素子駆動装置において、前記演算手段が、前記複数の発光素子の各端子電圧の最小値と最大値の間でかつ最小値と最大値を除く電圧値を算出する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、複数の発光素子の各端子電圧の最小値と最大値の間でかつ最小値と最大値を除く電圧値、例えば平均値、メジアン、モードなどを算出し、これをバイアス電圧とすることにより、発光素子の特性にばらつきがあった場合に、そのばらつきの中心値付近にバイアス電圧の電圧値を設定できるため、全発光素子の共通の駆動条件が極端に偏った状態になるのを防ぐことができる。
【００２９】
請求項１０記載の発光素子駆動装置は、請求項８または９記載の発光素子駆動装置において、前記演算手段が、前記電圧値を複数算出し、これら複数の電圧値の中から前記バイアス電圧を選択する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、試験電流が流れているときの複数の発光素子の各端子電圧を用いて演算処理によって複数の電圧値を算出し、その中から選択した電圧値を消灯時に複数の発光素子に印加するバイアス電圧とすることにより、幾つかの選択肢の中から複数の発光素子間の特性ばらつきの分布に応じて最適なバイアス電圧を設定できる。その結果、より精度の高い駆動制御を実現できる。
【００３０】
請求項１１記載の発光素子駆動装置は、電圧源から複数の発光素子に印加される駆動電圧を制御するとともに、電流源から前記複数の発光素子に供給される駆動電流を制御することにより、前記複数の発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、前記複数の発光素子に対してバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に対して試験電流を供給する試験電流供給手段と、前記試験電流供給手段から前記試験電流が流れているときの前記複数の発光素子の各端子電圧を演算する演算手段と、前記演算手段で算出した電圧値を基に消灯時に前記複数の発光素子に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定手段と、前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧を基に前記複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に前記バイアス電流供給手段から供給する各バイアス電流を設定するバイアス電流設定手段とを備える構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置では、複数の発光素子の各々に対して電圧駆動と電流駆動（電圧駆動→電流駆動）を併用している。そして、バイアス電圧設定手段で設定されたバイアス電圧を基にバイアス電流設定手段で消灯時の電流駆動の際に複数の発光素子に流すバイアス電流を設定し、当該バイアス電流を複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子にバイアス電流供給手段から供給する。これにより、電圧駆動動作時の電圧と電流駆動動作時の電圧とがほぼ等しい値になり、電圧駆動から電流駆動に移行するときの電圧の変動幅が小さくなる。したがって、複数の発光素子の各々について、定電圧駆動から定電流駆動への移行時間を短縮できる。
【００３１】
請求項１２記載の発光素子駆動装置は、請求項１１記載の発光素子駆動装置において、前記演算手段が前記電圧値を複数算出し、これら複数の電圧値の中から前記バイアス電圧の電圧値を選択する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、試験電流が流れているときの複数の発光素子の各端子電圧を用いて演算処理によって複数の電圧値を算出し、その中から選択した電圧値を消灯時のバイアス電圧として複数の発光素子に印加するとともに、当該電圧値を基に消灯時に複数の発光素子に供給するバイアス電流を設定することにより、幾つかの選択肢の中から複数の発光素子間の特性ばらつきの分布に応じて最適なバイアス電圧およびバイアス電流を設定できる。その結果、より精度の高い駆動制御を実現できる。
【００３２】
請求項１３記載の発光素子駆動装置は、請求項１１または１２記載の発光素子駆動装置において、前記バイアス電流供給手段が、前記複数の発光素子の各端子電圧が前記バイアス電圧設定手段で設定された前記バイアス電圧に一致するように負帰還制御して前記バイアス電流を設定する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、例えば差動アンプを用いた負帰還制御の構成を採ることにより、簡易な構成で各発光素子ごとに消灯時の各端子電圧が、算出した共通のバイアス電圧と一致するように制御を行うことができる。
【００３３】
請求項１４記載の発光素子駆動装置は、請求項１１，１２または１３記載の発光素子駆動装置において、前記バイアス電圧設定手段による前記バイアス電圧の設定および前記バイアス電流設定手段による前記バイアス電流の設定を所定のサイクルで実行し、温度変動による前記複数の発光素子の電圧−電流特性変動に伴って前記バイアス電流を設定し直す構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、バイアス電圧の設定およびバイアス電流の設定を所定のサイクル、例えば光量制御のサイクルで実行し、温度変動による発光素子の電圧−電流特性変動に伴ってバイアス電流を設定し直すことにより、温度変動があって発光素子の電圧−電流特性が変動としても、発光素子に流すバイアス電流を一定に保つことができる。
【００３４】
請求項１５記載の発光素子駆動装置は、請求項１１記載の発光素子駆動装置において、前記バイアス電流供給手段の電流源と前記試験電流供給手段の電流源とを共用する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、バイアス電流供給手段と試験電流供給手段の各電流源を共用することで、電流源を発光素子１個につき１つずつ削減できるため、その分だけ回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができるとともに消費電力を低減でき、発光素子の数が多くなるほどその効果は大である。
【００３５】
請求項１６記載の発光素子駆動装置は、請求項８または１１記載の発光素子駆動装置において、前記試験電流供給手段は、前記試験電流の電流値を設定する手段を前記複数の発光素子に対して共通に有する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、試験電流の電流値を設定する手段を複数の発光素子に対して共用することにより、コストダウンを図る上で有利となる。
【００３６】
請求項１７記載の発光素子駆動装置は、電圧源から発光素子に印加される駆動電圧を制御する第１の制御手段と、電流源から前記発光素子に供給される駆動電流を制御する第２の制御手段とを有し、これら第１，第２の制御手段によって前記発光素子から出射される光ビームの光量を制御する発光素子駆動装置であって、前記第２の制御手段は、前記発光素子の光量制御時に前記電流源を制御し、前記第１の制御手段は、前記第２の制御手段による前記電流源の制御の結果前記発光素子に生じた電圧に対応して前記電圧源の電圧を設定する構成となっている。かかる構成の発光素子駆動装置において、発光素子の光量が規定光量となるように当該発光素子の駆動電流を第２の制御手段によって制御し、規定光量のときの発光素子の端子電圧を検出する。そして、第２の制御手段では、その検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に発光素子に印加する駆動電圧を設定する。これにより、発光素子、特に半導体レーザの駆動電流が光量にほぼ比例することから、光量制御のための負帰還ループのゲインを一定に保つことができるため、安定した制御を実現できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動装置の構成例を示す回路図である。ここでは、駆動対象の発光素子として、例えば半導体レーザ、特に内部抵抗が大きいＧａＮ系青色レーザやシングルモード面発光レーザを用いるものとし、これらを総称して半導体レーザＬＤと記す。半導体レーザＬＤは、例えば、カソードが接地され、アノードが駆動端となっている。
【００３９】
本実施形態に係る発光素子駆動装置は、半導体レーザＬＤの発光光量が規定光量となるように当該半導体レーザＬＤの駆動電流を制御する駆動電流制御回路１１と、この駆動電流制御回路１１によって規定光量に制御されているときの半導体レーザＬＤの端子電圧を基に点灯時に当該半導体レーザＬＤに印加する駆動電圧を制御する駆動電圧制御回路１２と、半導体レーザＬＤに試験電流を供給する試験電流供給回路１３と、この試験電流供給回路１３から試験電流が供給されているときの半導体レーザＬＤの端子電圧を基に当該半導体レーザＬＤに消灯時に印加するバイアス電圧を設定するバイアス電圧設定回路１４と、半導体レーザＬＤの発光光量を検出する光量検出回路１５と、この光量検出回路１５の検出電圧Ｖｄｅｔの基準電圧Ｖｒｅｆに対する誤差電圧を検出して光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして出力する誤差検出回路１６とを有する構成となっている。
【００４０】
先ず、駆動電流制御回路１１は、インバータ１１１、電流源１１２、コンデンサＣ１１およびスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２によって構成されている。この駆動電流制御回路１１には、誤差検出回路１６から駆動電圧制御回路１２を介して光量制御電圧Ｖｃｏｎｔが供給される。この光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、インバータ１１１およびスイッチＳＷ１１を経由して電流源１１２の制御入力となる。コンデンサＣ１１は、電源電圧ＶＤＤの電源ラインＬとスイッチＳＷ１１の出力側の端子との間に接続されている。電流源１１２はその一端が電源ラインＬに接続されている。スイッチＳＷ１２は、一端が電流源１１２の他端に、他端がスイッチＳＷ２４の一端にそれぞれ接続されている。
【００４１】
かかる構成の駆動電流制御回路１１において、誤差検出回路１６から駆動電圧制御回路１２を介して供給される光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、インバータ１１１およびスイッチＳＷ１１を経由して電流源１１２にその制御電圧として入力し、電流源１１２から半導体レーザＬＤに供給される駆動電流を制御する。これにより、駆動電流制御回路１１では、半導体レーザＬＤの光量が誤差検出回路１６の基準電圧Ｖｒｅｆで決まる規定光量（目標光量）となるように、当該半導体レーザＬＤの駆動電流の制御が行われる。
【００４２】
駆動電圧制御回路１２は、４つのスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４、２つのコンデンサＣ２１，Ｃ２２およびオペアンプ２１１によって構成されている。スイッチＳＷ２１は、一端が誤差検出回路１６の出力側に、他端がバッファ２１１の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。コンデンサＣ２１は、スイッチＳＷ２１の他端とグランドとの間に接続されることによって当該スイッチＳＷ２１と共にサンプルホールド回路を構成している。オペアンプ２１１は、その非反転（＋）入力端子がスイッチＳＷ２１の他端に接続されている。
【００４３】
スイッチＳＷ２２は、その一端がオペアンプ２１１の出力端子に接続されている。コンデンサＣ２２は、スイッチＳＷ２２の他端とグランドとの間に接続されることによって当該スイッチＳＷ２２と共にサンプルホールド回路を構成している。スイッチＳＷ２３は、一端がスイッチＳＷ２２の他端に接続されている。スイッチＳＷ２４は、一端がスイッチＳＷ２３の他端に、他端が半導体レーザＬＤのアノードにそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ２３の他端およびスイッチＳＷ２４の一端の共通接続点には、オペアンプ２１１の反転（−）入力端子が接続されている。
【００４４】
かかる構成の駆動電圧制御回路１２において、半導体レーザＬＤの駆動電流の制御時、即ち光量制御時にはスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３がオフ状態、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２４がオン状態になる。半導体レーザＬＤの消灯時にはスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３がオン状態、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２４がオフ状態になり、オペアンプ２１１がボルテージフォロワバッファを形成し、オペアンプ２１１の出力電圧がコンデンサＣ２２にホールドされる。このホールド電圧は、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧である。そして、コンデンサＣ２２のホールド電圧は、半導体レーザＬＤの点灯時に、スイッチＳＷ２３，ＳＷ２４がオンすることにより、これらスイッチＳＷ２３，ＳＷ２４を介して半導体レーザＬＤにその駆動電圧として印加される。
【００４５】
試験電流供給回路１３は、電流源１３１、スイッチＳＷ３１および試験電流設定部１３２によって構成されている。電流源１３１は、その一端が電源ラインＬに接続されている。スイッチＳＷ３１は、一端が電流源１３１の他端に、他端が半導体レーザＬＤのアノードにそれぞれ接続されている。試験電流設定部１３２は、電流源１３１の電流、即ち試験電流を設定する。
【００４６】
かかる構成の試験電流供給回路１３において、消灯時に半導体レーザＬＤに印加するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを決めるために、後述する光量制御も変調も行わない期間における半導体レーザＬＤの消灯時にスイッチＳＷ３１がオン状態となる。これにより、試験電流設定部１３２で設定される試験電流が電流源１３１から、スイッチＳＷ３１を通して半導体レーザＬＤに供給される。試験電流設定部１３２では、消灯時に半導体レーザＬＤに印加したいバイアス電圧Ｖｂｉａｓに対応する電流を試験電流として設定する。通常、バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、変調速度を上げるために、半導体レーザＬＤの発振閾値電圧よりも低い電圧、好ましくは僅かに低い電圧に設定される。
【００４７】
バイアス電圧設定回路１４は、スイッチＳＷ４１，ＳＷ４２、コンデンサＣ４１，Ｃ４２およびボルテージフォロアバッファ１４１によって構成されている。スイッチＳＷ４１は、一端が半導体レーザＬＤのアノードに接続されている。スイッチＳＷ４２は、一端が半導体レーザＬＤのアノードに、他端がバッファ１４１の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。コンデンサＣ４１は、スイッチＳＷ４２の他端とグランドとの間に接続されて当該スイッチＳＷ４２と共にサンプルホールド回路を構成している。バッファ１４１は、その出力端子が反転入力端子と直接に接続され、さらにスイッチＳＷ４１の他端に接続されている。コンデンサ４２は、バッファ１４１の出力端子とグランドとの間に接続されている。
【００４８】
かかる構成のバイアス電圧設定回路１４において、スイッチＳＷ４２は、試験電流供給回路１３から半導体レーザＬＤに試験電流が供給されているときにオン状態となり、さらにオフ状態となる。これにより、試験電流が流れているときの半導体レーザＬＤの端子電圧がコンデンサＣ４１にホールドされる。このホールド電圧は、ボルテージフォロアバッファ１４１を介してコンデンサＣ４２にホールドされ、半導体レーザＬＤの消灯時にスイッチＳＷ４１がオンすることによって半導体レーザＬＤに対してバイアス電圧Ｖｂｉａｓとして印加される。
【００４９】
光量検出回路１５は、半導体レーザＬＤが発するレーザ光を検出する光検出器として例えばフォトダイオードＰＤを用いている。フォトダイオードＰＤは、そのカソードが電源ラインＬに接続されている。フォトダイオードＰＤのアノードには抵抗Ｒの一端が接続されている。抵抗Ｒの他端は接地されている。ここで、フォトダイオードＰＤが半導体レーザＬＤのレーザ光を検出することで、その光量に応じた電流が抵抗Ｒに流れる。これにより、半導体レーザＬの光量に応じた検出電圧が抵抗Ｒの両端間に発生する。
【００５０】
この検出電圧は、アンプ１５１の非反転入力端子に与えられる。アンプ１５１は、出力端子と反転入力端子とが直接に接続されている。アンプ１５１の出力電圧、即ち光量検出回路１５の検出電圧は、駆動電流制御回路１１に供給される。すなわち、光量検出回路１５の検出電圧を駆動電流制御回路１１に帰還することで、半導体レーザＬＤのレーザパワーを、基準電圧Ｖｒｅｆで規定されるパワーになるように制御する自動光量制御（以下、ＡＰＣ(Automatic Power Control)と記す）を行うフィードバック系が構成されている。
【００５１】
誤差検出回路１６は、差動アンプ１６１、スイッチＳＷ６１，ＳＷ６２およびコンデンサＣ６１によって構成されている。差動アンプ１６１は、基準電圧Ｖｒｅｆを非反転入力とし、光量検出回路１５からスイッチＳＷ６１を介して供給される検出電圧Ｖｄｅｔを反転入力としている。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆは、半導体レーザＬＤの目標とする光量（レーザパワー）に対応して電圧値が設定されている。スイッチＳＷ６２とコンデンサＣ６１は、差動アンプ１６１の反転入力端子と出力端子との間に直列に接続されている。
【００５２】
かかる構成の誤差検出回路１６において、差動アンプ１６１は、光量検出回路１５で検出される半導体レーザＬＤの光量に応じた検出電圧Ｖｄｅｔを、半導体レーザＬＤの目標光量に対応して設定されている基準電圧Ｖｒｅｆと比較してその差分（誤差電圧）を光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして出力する。
【００５３】
なお、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２２，ＳＷ２２、試験電流供給回路１３のスイッチＳＷ３１、バイアス電圧設定回路１４のスイッチＳＷ４１および誤差検出回路１６のスイッチＳＷ６１，ＳＷ６２のオン（閉）／オフ（開）制御は、制御回路１７によって行われる。本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置においては、制御回路１７は、入力データ（パルスデータ）に応じて半導体レーザＬＤを点灯／消灯の駆動を繰り返す変調期間ではその点灯期間／消灯期間で常に電圧駆動する制御を行う構成を採っている。
【００５４】
次に、上記構成の本実施形態に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置の回路動作について説明する。
【００５５】
電源投入により、先ず、ＡＰＣモードに入る。このＡＰＣモードでは、誤差検出回路１６において、スイッチＳＷ６１およびスイッチＳＷ６２がオン状態となり、駆動電圧制御回路１２において、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２４がオン状態になり、駆動電流制御回路１１において、スイッチＳＷ１１およびスイッチＳＷ１２がオン状態となる。これにより、電流源１１２の電流がスイッチＳＷ１２およびスイッチＳＷ２４を経由して半導体レーザＬＤに駆動電流として流れるため、当該半導体レーザＬＤが点灯する。
【００５６】
半導体レーザＬＤが点灯すると、そのレーザ光を光量検出回路１５のフォトダイオードＰＤが受光し、フォトダイオードＰＤにはその光量に応じた電流が流れる。このフォトダイオードＰＤに流れる電流は抵抗Ｒにより電圧に変換され、アンプ１５１で増幅されて半導体レーザＬＤのレーザパワー（光量）に応じた検出電圧Ｖｄｅｔとして出力される。
【００５７】
この検出電圧Ｖｄｅｔは誤差検出回路１６に供給され、スイッチＳＷ６１を経由して差動アンプ１６１の反転入力となる。差動アンプ１６１は、この検出電圧Ｖｄｅｔと基準電圧Ｖｒｅｆとの差分（誤差電圧）を増幅して光量制御電圧Ｖｃｏｎｔとして出力する。この光量制御電圧Ｖｃｏｎｔは、スイッチＳＷ２１、オペアンプ２１１、インバータ１１１およびスイッチＳＷ１１を経由して電流源１１２にその制御電圧として与えられる。この光量制御電圧Ｖｃｏｎｔにより、半導体レーザＬＤの駆動電流が制御され、その結果半導体レーザＬＤの光量が制御される。
【００５８】
上述した誤差電圧検出回路１６および駆動電流制御回路１１による光量検出回路１５の検出電圧Ｖｄｅｔに応じた負帰還ループの制御により、最終的には、当該検出電圧Ｖｄｅｔが規定光量に対応して設定されている基準電圧Ｖｒｅｆと一致して収束する。その結果、半導体レーザＬＤの光量が規定光量となる。以上の一連のフィードバック制御がＡＰＣ（自動光量制御）である。このＡＰＣの動作については、一回で終了するようにしても良く、また複数回繰り返して実行するようにしても良い。
【００５９】
このＡＰＣ動作の終了後、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１１および誤差検出回路１６のスイッチＳＷ６２がオフし、さらにＡＰＣ時にオフ状態にあった駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２２，ＳＷ２３がオン状態になる。すると、その直前の差動アンプ１６１の出力電圧、即ち半導体レーザＬＤを規定光量に制御したときの光量制御電圧Ｖｃｏｎｔが、コンデンサＣ６１およびコンデンサＣ２１にホールドされ、さらに規定光量に制御したときの駆動電流を設定する制御電圧がＣ１１にホールドされる。さらに、駆動電圧制御回路１２のコンデンサＣ２２にはコンデンサＣ２１に保持されている光量制御電圧Ｖｃｏｎｔが充電される。このとき、コンデンサＣ１１にホールドされる電圧は、半導体レーザＬＤが規定光量で発光するときの駆動電流を設定する制御電圧となり、コンデンサＣ２１，Ｃ２２にホールドされる電圧は、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧となる。
【００６０】
ＡＰＣ動作が終了すると、入力データに応じて半導体レーザＬＤの駆動をオン（点灯）／オフ（消灯）制御する変調モードに入る。この変調モードにおいて、半導体レーザＬＤの点灯時には、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２４がオンする。すると、コンデンサＣ２２のホールド電圧、即ち規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧が、スイッチＳＷ２３，ＳＷ２４を通して半導体レーザＬＤのアノードに印加される。また、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１２がオン状態になるため、当該スイッチＳＷ１２を介して電流源１１２から半導体レーザＬＤに駆動電流が供給される。
【００６１】
消灯時にも、高速変調するためには、端面発光レーザの場合、発光閾値電流付近のバイアス電流Ｉｂｉａｓを半導体レーザＬＤに流し続ける必要があるため、半導体レーザＬＤを消灯する際に、この発光閾値電流付近の電流に相当するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加する必要がある。また、内部抵抗が高い半導体レーザの場合、オン／オフ時の駆動電圧の振幅を小さくする必要があるので、当該半導体レーザが点灯しない程度の電圧を印加するのが望ましい。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、試験電流供給回路１３およびバイアス電圧設定回路１４の作用により、消灯時に半導体レーザＬＤに印加するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを次のように設定するようにしている。すなわち、ＡＰＣも変調も行わない期間において、半導体レーザＬＤの消灯時にスイッチＳＷ３１をオン状態とする。これにより、試験電流設定部１３２によって消灯時に半導体レーザＬＤに流したい電流が、電流源１３１からスイッチＳＷ３１を通して半導体レーザＬＤに試験電流として供給される。
【００６３】
一方、バイアス電圧設定回路１４では、試験電流供給回路１３から半導体レーザＬＤに試験電流が供給されているときに、スイッチＳＷ４２をオンし、続いてオフする。これにより、試験電流が流れているときの半導体レーザＬＤの端子電圧がコンデンサＣ４１にホールドされる。すると、コンデンサＣ４１のホールド電圧がバッファ１４１を介してコンデンサＣ４２にホールドされる。そして、半導体レーザＬＤの消灯時にスイッチＳＷ４１がオンすることにより、コンデンサＣ４２のホールド電圧が、スイッチＳＷ４１を経由して半導体レーザＬＤにバイアス電圧Ｖｂｉａｓとして印加される。
【００６４】
上述したように、第１実施形態に係る半導体レーザＬＤの駆動装置、即ち電圧駆動方式の駆動装置において、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの設定に当たっては、ＡＰＣも変調も行わない期間において、実際に消灯時に半導体レーザＬＤに流したい電流を半導体レーザＬＤに試験電流として供給し、この試験電流が流れているときの半導体レーザＬＤの端子電圧を検出してその検出した電圧を基に、消灯時に半導体レーザＬＤに印加するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを設定することにより、僅かな電圧変化で電流が大きく変動して電流制御が難しかった従来技術と比較して、消灯時に流すバイアス電流を目標値に設定し易くなる。つまり、電流を制御して駆動電圧を求め、その電圧値を基に電圧駆動することにより、電流駆動と同等の制御性で電圧駆動が可能になる。
【００６５】
（変形例）
図２は、第１実施形態の変形例に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置の要部の構成例を示す回路図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。図２において、試験電流供給回路１３、バイアス電圧設定回路１４、光量検出回路１５および誤差検出回路１６は図１と同じ構成であり、その動作も同様である。
【００６６】
本変形例に係る半導体レーザ駆動装置では、駆動電流制御回路１１で誤差検出回路１６の出力電圧、即ち光量制御電圧Ｖｃｏｎｔを直接アナログインバータ１１１に入力し、当該光量制御電圧Ｖｃｏｎｔによって直接的に電流源１１２の駆動電流を制御する構成を採っている点を特徴としている。駆動電圧制御回路１２は、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２、コンデンサＣ２１，Ｃ２２およびボルテージフォロアバッファ２１１によって構成されており、バイアス電圧設定回路１４と同じ回路構成となっている。
【００６７】
本変形例に係る半導体レーザ駆動装置において、ＡＰＣ時には、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態になるため、電流源１１２から半導体レーザＬＤに駆動電流が供給される。このとき、基準電圧と発光光量に対応した光出力電圧とが、誤差検出回路１６のオペアンプ１６１に非反転入力と反転入力として入力される。これにより、両者の差に比例した電圧が駆動電流の制御電圧としてアナログインバータ１１１を介して電流源１１２に入力され、規定光量になるように電流を設定する。
【００６８】
また、駆動電圧制御回路１２では、スイッチＳＷ２１がオン状態、スイッチＳＷ２２がオフ状態であるため、半導体レーザＬＤの端子電圧がコンデンサＣ２１に保持される。したがって、ボルテージフォロアバッファ２１１により、コンデンサＣ２２がコンデンサＣ２１に保持されている電圧に充電される。
【００６９】
ＡＰＣ終了時には、駆動電流制御回路１１のスイッチＳＷ１２，ＳＷ１３と駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２１がオフ状態になることで、コンデンサＣ１１の電圧は半導体レーザＬＤが規定光量で発光するときの駆動電流を設定する制御電圧となる。これにより、コンデンサＣ２１，Ｃ２２にホールドされる電圧は、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧となる。
【００７０】
上述したように、第１実施形態の変形例に係る半導体レーザＬＤの駆動装置、即ち電圧駆動方式の駆動装置においては、半導体レーザＬＤの光量が規定光量となるように当該半導体レーザＬＤの駆動電流を制御し、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧を検出してその検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に半導体レーザＬＤに印加する駆動電圧を設定することにより、半導体レーザＬＤの駆動電流が光量にほぼ比例することから、ＡＰＣのための負帰還ループのゲインを一定に保つことができる。したがって、従来技術のように、点灯時の端子電圧を制御して負帰還を行う場合と比較して安定した制御を行うことができる。
【００７１】
（他の変形例）
図３は、第１実施形態の他の変形例に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置の要部の構成例を示す回路図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。図３において、試験電流供給回路１３、バイアス電圧設定回路１４、光量検出回路１５および誤差検出回路１６は図１と同じ構成であり、その動作も同様である。
【００７２】
本変形例に係る半導体レーザ駆動装置において、駆動電圧制御回路１２は、４つのスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４、コンデンサＣ２１，Ｃ２２およびバッファ２１１によって構成されている。スイッチＳＷ２１は、一端が誤差検出回路１６の出力側に、他端がバッファ２１１の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。コンデンサＣ２１は、スイッチＳＷ２１の他端とグランドとの間に接続されることによって当該スイッチＳＷ２１と共にサンプルホールド回路を構成している。バッファ２１１は、出力端子と反転入力端子とが接続されたオペアンプによって構成されている。
【００７３】
スイッチＳＷ２２は、一端がバッファ２１１の出力端子に接続されている。コンデンサＣ２２は、スイッチＳＷ２２の他端とグランドとの間に接続されることによって当該スイッチＳＷ２２と共にサンプルホールド回路を構成している。スイッチＳＷ２３は、一端がスイッチＳＷ２２の他端に、他端が半導体レーザＬＤのアノードにそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ２４は、一端がスイッチＳＷ２３の他端および半導体レーザＬＤのアノードに、他端がバッファ２１１の出力端子にそれぞれ接続されている。
【００７４】
かかる構成の駆動電圧制御回路１２において、ＡＰＣ時には、スイッチＳＷ２２，ＳＷ２３がオフ状態、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２４がオン状態になる。すると、誤差検出回路１６の出力電圧、即ち光量制御電圧ＶｃｏｎｔがスイッチＳＷ２１、バッファ２１１およびスイッチＳＷ２２を経由して半導体レーザＬＤに印加され、フィードバックループが形成される。
【００７５】
また、レーザ消灯時には、スイッチＳＷ２２がオン状態、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２４がオフ状態になる。すると、バッファ２１１の出力電圧、即ち光量制御終了時の半導体レーザＬＤの端子電圧がコンデンサＣ２２に保持される。そして、コンデンサＣ２２のホールド電圧は、半導体レーザＬＤの点灯時に、スイッチＳＷ２３がオンすることにより、当該スイッチＳＷ２３を介して半導体レーザＬＤにその駆動電圧として印加される。
【００７６】
駆動電流制御回路１１は、オペアンプ１１４、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２、コンデンサＣ１１および電流源１１２によって構成されている。オペアンプは、その反転入力端子がスイッチＳＷ２４の一端およびバッファ２１１の出力端子に接続されており、その非反転入力端子が半導体レーザＬＤのアノード側に接続されている。コンデンサＣ１１は、電源電圧ＶＤＤの電源ラインＬとスイッチＳＷ１１の出力側の端子との間に接続されている。電流源１１２はその一端が電源ラインＬに接続されている。スイッチＳＷ１２は、一端が電流源１１２の他端に、他端が半導体レーザＬＤのアノード側にそれぞれ接続されている。
【００７７】
かかる構成の駆動電流制御回路１１では、光量制御時でも変調時でも、どちらでもないタイミングにおいて、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１２がオン状態になり、またこのとき駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２４がオフ状態になる。すると、駆動電流制御回路１１は、半導体レーザＬＤの端子電圧とバッファ２１１の出力電圧（すなわち、光量制御時の端子電圧をサンプルホールドしているコンデンサＣ２１の電圧）が一致するように半導体レーザＬＤに駆動電流を供給する。その後、スイッチＳＷ１１がオフ状態になることで、この駆動電流を供給するときの制御電圧がコンデンサＣ１１にホールドされる。変調点灯時には、スイッチＳＷ１２がオン状態になるとで、電圧源の電流駆動能力を補償する補償電流が半導体レーザＬＤに供給される。
【００７８】
上述したように、第１実施形態の他の変形例に係る半導体レーザＬＤの駆動装置においては、半導体レーザＬＤの内部抵抗が非常に高い場合に、光量制御時に電流源を制御して電流駆動を行うと、発光素子の内部抵抗と容量で決まる時定数の影響で目標光量への収束に時間がかかるのに対して、上述したように、低出力インピーダンスの電圧源を制御して電圧駆動で制御を行うことで、電流駆動で制御を行う場合と比較して上記時定数の影響を軽減できるので、光量制御の収束時間を短縮できる。
【００７９】
一般的に、半導体レーザ等の発光素子は駆動電流に応じて温度が変動する。そして、定電圧駆動のもとでは、半導体レーザの温度の変動に伴い、半導体レーザを駆動する際に電流、即ち光量に温度変動分に起因する光量ずれが発生することになる。通常の駆動制御では、この程度の光量ずれは問題にならないレベルのものであるが、より優れた駆動制御を実現するには、この温度変動分の光量ずれも無い方が好ましい。
【００８０】
半導体レーザの光量は、基本的に駆動電流に比例し、温度に対して発光閾値電流の変動が大きく寄与する。したがって、半導体レーザの温度変化を検知して、半導体レーザの駆動電圧を常に同一光量を与えるように制御することが可能である。半導体レーザの温度の検知方法としては、従来、様々な方法が提案されている。その中で最も直接的に検知できる方法が、半導体レーザの端子電圧の変化からレーザ温度を予測する方法である。
【００８１】
特に、半導体レーザが定電流状態では、端子電圧と温度とは比例関係にあるために、半導体レーザの温度を精度良く検知することが可能である。そこで、半導体レーザを点灯／消灯する立ち上げ時／立ち下げ時に定電圧で駆動した後、定電流での駆動に移行することで、その定電流駆動期間において半導体レーザの端子電圧の変動で温度を検知することが可能となる。
【００８２】
上述した点に鑑み、電圧駆動方式と電流駆動方式とを併用し、定電流駆動期間に温度変動分（ΔＴ）の光量ずれを補正する機能を備えるようにしたのが、以下に説明する本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動装置である。
【００８３】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動装置の構成例を示す回路図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、光量検出回路１５および誤差検出回路１６については省略している。本実施形態に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置は、電圧駆動方式と電流駆動方式とを併用するとともに、温度変動分（ΔＴ）の光量ずれを補正する補正回路を備えた構成となっている。
【００８４】
先ず、電流駆動を実現するために、半導体レーザＬＤの消灯時に当該半導体レーザＬＤにバイアス電流Ｉｂｉａｓを供給するバイアス電流供給回路１８と、そのバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定するバイアス電流設定部１９とを備えている。バイアス電流供給回路１８は、一端が電源ラインＬに接続された電流源１８１と、一端が当該電流源１８１の他端に、他端が半導体レーザＬＤのアノードにそれぞれ接続されたスイッチＳＷ８１とによって構成されている。
【００８５】
バイアス電流設定部１９は、バイアス電圧設定回路１４において半導体レーザＬＤに試験電流が流れているときの当該半導体レーザＬＤの端子電圧を基に設定されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓに基づいて、半導体レーザＬＤの消灯時に当該半導体レーザＬＤに供給するバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定する。具体的には、バイアス電流設定部１９は、例えば、差動アンプ１９１、スイッチＳＷ７１およびコンデンサＣ７１によって構成されている。
【００８６】
差動アンプ１９１は、バイアス電圧設定回路１４で設定されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓを反転入力、半導体レーザＬＤの端子電圧を非反転入力とし、半導体レーザＬＤの消灯時に当該半導体レーザＬＤの端子電圧が、バイアス電圧設定回路１４で設定されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓに一致するように負帰還制御して電流源１８１の電流、即ちバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定する。スイッチＳＷ７１およびコンデンサＣ７１は、サンプルホールド回路を構成しており、差動アンプ１９１の出力、即ち設定するバイアス電流Ｉｂｉａｓに対応する電圧値をコンデンサＣ７１にホールドする。このような負帰還制御の構成を採ることにより、簡易な構成で半導体レーザＬＤの消灯時の端子電圧が、設定されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓに一致するように制御を行うことができる。
【００８７】
また、温度変動分（ΔＴ）の光量ずれを補正する補正回路２０は、ゲイン１の誤差アンプ２０１、スイッチＳＷ９１およびコンデンサＣ９１により構成されている。誤差アンプ２０１には、その非反転入力として半導体レーザＬＤの端子電圧が与えられる。ここで、半導体レーザＬＤに一定の電流が流れていると、半導体レーザＬＤの温度に応じてその端子電圧が変動することになる。具体的には、素子の温度が高くなると端子電圧が低下してくる。したがって、半導体レーザＬＤの端子電圧を検出することで、当該半導体レーザＬＤの温度をモニターできることになる。
【００８８】
なお、半導体レーザＬＤの温度をモニターする手法としては、半導体レーザＬＤの端子電圧を検出する手法に限らず、例えば半導体レーザＬＤの近傍にサーミスター等の温度検知手段を配置し、当該温度検知手段の検知出力を用いる手法などを採ることも可能である。ただし、半導体レーザＬＤの端子電圧を検出する手法の場合は、半導体レーザＬＤの温度をより迅速にかつより正確にモニターできる利点がある。
【００８９】
スイッチＳＷ９１およびコンデンサＣ９１は、サンプルホールド回路を構成している。すなわち、半導体レーザＬＤの端子電圧をスイッチＳＷ９１でサンプリングし、そのサンプリング電圧をコンデンサＣ９１にホールドする。このコンデンサＣ９１のホールド電圧は基準電圧となり、誤差アンプ２０１にその反転入力として与えられる。誤差増幅器２０１の出力端は、駆動電圧制御回路１２のコンデンサＣ２１の一端（開放端）に接続されている。
【００９０】
かかる補正回路２０において、スイッチＳＷ９１は制御回路１７の制御の下に例えば先述したＡＰＣ期間に入る前のタイミングでオン状態となることで、半導体レーザＬＤの端子電圧をサンプリングする。このように、ＡＰＣ期間に入る前のタイミングでサンプリングを行うことで、半導体レーザＬＤの温度が上昇する前の安定した端子電圧をサンプリングできる。そして、このサンプリング電圧を以降の補正処理に用いる。
【００９１】
すなわち、誤差アンプ２０１は、半導体レーザＬＤの端子電圧を非反転入力として取り込み、コンデンサＣ９１のホールド電圧、即ち基準電圧と逐次比較してその誤差増幅電圧を、駆動電圧制御回路１２のコンデンサＣ２１の開放端に与える。このとき、誤差アンプ２０１のゲインが１に設定されているので、コンデンサＣ２１のホールド電圧が誤差増幅電圧分だけシフトされる。すなわち、この誤差増幅電圧が補正値としてコンデンサＣ９２のホールド電圧に重畳される。そして、この補正された電圧が、半導体レーザＬＤの点灯（発光）駆動時に当該半導体レーザＬＤに印加される。
【００９２】
電圧駆動と電流駆動との切り替えは、制御回路１７による各スイッチの切り替え制御によって行われる。この制御回路１７による切り替え制御について、図５に示すタイミング波形図を用いて具体的に説明する。変調期間において、入力データ（Ａ）の“Ｈ”レベル期間が半導体レーザＬＤの点灯（発光）期間となり、“Ｌ”レベル期間が消灯期間となる。
【００９３】
入力データ（Ａ）の“Ｈ”レベル期間に入ると、制御回路１７は先ず、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２３，ＳＷ２４をオン状態にする。これにより、コンデンサＣ２２にホールドされていた電圧が、スイッチＳＷ２３，ＳＷ２４を介して半導体レーザＬＤに印加される。その結果、入力データ（Ａ）の立ち上がりの一定期間では定電圧駆動となる。
【００９４】
この電圧駆動期間の経過後、制御回路１７は、駆動電圧制御回路１２のスイッチＳＷ２３をオフ状態にし、駆動電流設定回路１１のスイッチＳＷ１２をオン状態にする。これにより、電流源１１２からコンデンサ１１（図１を参照）にホールドされている電圧に応じた駆動電流が出力され、当該駆動電流がスイッチＳＷ１２を介して半導体レーザＬＤに供給される。その結果、電圧駆動期間の経過後は定電流駆動となる。
【００９５】
次に、入力データ（Ａ）の“Ｌ”レベル期間に入ると、制御回路１７は先ず、バイアス電圧設定回路１４のスイッチＳＷ４１をオン状態にする。これにより、コンデンサＣ４２にホールドされていた電圧がバイアス電圧Ｖｂｉａｓとして、スイッチＳＷ４１を介して半導体レーザＬＤに印加される。このバイアス電圧Ｖｂｉａｓの印加により、入力データ（Ａ）の立ち下がりの一定期間では定電圧駆動となる。
【００９６】
この電圧駆動期間の経過後、制御回路１４は、バイアス電圧設定回路１４のスイッチＳＷ４１をオフ状態にし、バイアス電流供給回路１８のスイッチＳＷ８１をオン状態にする。これにより、電流源１８１からバイアス電流設定部１９で設定された一定のバイアス電流Ｉｂｉａｓが出力され、当該バイアス電流ＩｂｉａｓがスイッチＳＷ８１を介して半導体レーザＬＤに供給される。その結果、電圧駆動期間の経過後は定電流駆動となる。
【００９７】
このように、定電圧駆動と定電流駆動とを併用した半導体レーザ駆動装置において、半導体レーザＬＤを点灯／消灯する立ち上げ時／立ち下げ時に定電圧で駆動した後、定電流での駆動に移行することで、その定電流駆動期間において半導体レーザＬＤの端子電圧の変動で温度を検知することが可能となる。そして、半導体レーザＬＤの温度を検知して、当該半導体レーザＬＤの駆動電圧を常に同一光量を与えるように制御することで、電圧駆動で電流駆動並みの精度で半導体レーザＬＤの光量制御を実現できる。この温度検知に伴う光量制御は、先述した補正回路２０を含む系によって行われる。
【００９８】
この補正回路２０を含む系での補正動作は、入力データ（Ａ）の“Ｌ”レベルに応答して電圧駆動を行った後、半導体レーザＬＤの発光閾値電流よりも僅かに低いバイアス電流Ｉｂｉａｓを流して電流駆動とするレーザ消灯期間で実行される。これにより、温度変動分ΔＴの光量ずれの補正が行われる。
【００９９】
具体的には、誤差アンプ２０１において、半導体レーザＬＤの端子電圧をコンデンサＣ９１のホールド電圧と比較し、その誤差増幅電圧をコンデンサＣ２１の開放端に与える。すると、この誤差増幅電圧が補正値としてコンデンサＣ２１のホールド電圧に重畳され、これが補正された電圧として、半導体レーザＬＤに印加される。その結果、温度変動分ΔＴの光量ずれが補正され、温度変動分ΔＴが残存したとしても光量が一定となる。
【０１００】
ここで、定電圧駆動と定電流駆動とを併用した半導体レーザ駆動装置においては、半導体レーザＬＤの点灯（ＯＮ）から消灯（ＯＦＦ）あるいは消灯から点灯に切り替わる際に、定電圧駆動から定電流駆動に移行するのに時間がかかると、その間温度による半導体レーザＬＤの駆動電圧の補正が行われず、特に半導体レーザＬＤを光源とするレーザゼログラフィーの分野において、短い点灯時間を繰り返して行うハーフトーンの印字の場合に温度による変動の補正が効かない影響が出る懸念がある。
【０１０１】
これに対して、本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置においては、バイアス電圧設定回路１４で設定されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓを基にバイアス電流設定部１９でバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定し、当該バイアス電流Ｉｂｉａｓを半導体レーザＬＤの消灯時に当該半導体レーザＬＤに流すようにしている。これにより、電圧駆動動作時の電圧と電流駆動動作時の電圧とがほぼ等しい値になり、電圧駆動から電流駆動に移行するときの電圧の変動幅が小さくなる。また、半導体レーザＬＤに流れるバイアス電流Ｉｂｉａｓは発光閾値電流よりも僅かに低く設定されているため、消灯時の半導体レーザＬＤのインピータンスを下げることができる。したがって、定電圧駆動から定電流駆動への移行時間を短縮できる。その結果、温度補正が効かない定電流動作への移行期間を最小限にすることができるため、先述した温度補償の精度の向上に大きく寄与できることになる。
【０１０２】
ところで、半導体レーザＬＤは、先述したように、駆動電流Ｉは駆動電圧Ｖに対して指数関数的に変動する（図１１参照）。また、このＶ（電圧）−Ｉ（電流）特性は、図６に示すように、温度変動によって変化する。したがって、例えば温度が低いときにバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１を基にバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定した状態において、半導体レーザＬＤの温度が上昇してもバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１を印加し続けると、Ｖ−Ｉ特性の変化に伴ってバイアス電流Ｉｂｉａｓも増大し、極端な場合には閾値電流Ｉｔｈを超えてしまって半導体レーザＬＤが発光してしまう。
【０１０３】
そこで、バイアス電圧設定回路１４によるバイアス電圧Ｖｂｉａｓの設定およびバイアス電流設定部１９によるバイアス電流Ｉｂｉａｓの設定を、所定のサイクル、例えばＡＰＣ（光量制御）が行われるサイクルで実行し、例えば図６のＶ−Ｉ特性において、同じ試験電流（ここではＩｂｉａｓで近似）を半導体レーザＬＤに流して上昇した温度で新たにバイアス電圧Ｖｂｉａｓ２に設定し直すことにより、温度変動があって半導体レーザＬＤのＶ−Ｉ特性が変動としても、半導体レーザＬＤに流すバイアス電流Ｉｂｉａｓを一定に保つことができる。
【０１０４】
なお、第１実施形態では、電圧駆動方式の半導体レーザ駆動装置において、半導体レーザＬＤの光量が規定光量となるように当該半導体レーザＬＤの駆動電流を制御し、規定光量のときの半導体レーザＬＤの端子電圧を検出してその検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に半導体レーザＬＤに印加する駆動電圧を設定するとしたが、当該駆動電圧の設定に関しては、本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置における電圧駆動に対しても同様に適用可能である。
【０１０５】
また、試験電流が流れているときの半導体レーザＬＤの端子電圧を検出してその検出した電圧を基に、消灯時に半導体レーザＬＤに印加するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを設定することに関しても同様である。
【０１０６】
（変形例）
図７は、第２実施形態の変形例に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置の要部の構成例を示す回路図であり、図中、図４と同等部分には同一符号を付して示している。
【０１０７】
第２実施形態に係る半導体レーザ駆動装置においては、試験電流供給回路１３とバイアス電流供給回路１８とがそれぞれ電流源１３１，１８１を持つ構成を採っている。これに対して、本変形例に係る半導体レーザ駆動装置においては、両電流供給回路１３，１８の各電流源１３１，１８１を共用する構成を採っている。具体的には、図７から明らかなように、試験電流供給回路１３の電流源１３１を、バイアス電流供給回路１８の電流源１８１として共用している。
【０１０８】
ここで、両電流供給回路１３，１８の電流源１３１，１８１を共用できるのは次の理由による。すなわち、バイアス電流供給回路１８は半導体レーザＬＤの消灯期間で動作すれば良いのに対して、試験電流供給回路１３はＡＰＣ期間や変調期間以外の一部の期間でのみ動作すれば良い。したがって、試験電流供給回路１３とバイアス電流供給回路１８の各動作期間をオーバーラップしないようにすることができるからである。
【０１０９】
このように、試験電流供給回路１３とバイアス電流供給回路１８の各電流源１３１，１８１を共用する構成を採ることにより、電流源を１つ削減できるため、その分だけ回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができるとともに、消費電力で低減できる。ただし、電流源１３１に対して試験電流設定部１３２およびバイアス電流設定部１９の各出力が常時与えられないようにするために、図７に示すように、電流源１３１と試験電流設定部１３２との間にスイッチＳＷ３２を、電流源１３１とバイアス電流設定部１９との間にスイッチＳＷ８２を設ける必要がある。
【０１１０】
この変形例では、試験電流供給回路１３とバイアス電流供給回路１８の各電流源１３１，１８１を共用するとしたが、試験電流供給回路１３の電流源１３１を駆動電流制御回路１１の電流源（点灯時の駆動電流用の電流源）１１３と共用することも可能である。試験電流供給回路１３の電流源１３１と駆動電流制御回路１１の電流源１１２ととの共用については、第１実施形態に係る半導体レーザ駆動装置においても同様のことが言える。
【０１１１】
以上説明した第１，第２実施形態では、単一の発光素子、具体的には単一の半導体レーザＬＤを駆動する駆動装置に適用した場合を例に採って説明したが、本発明は駆動対象の発光素子が単一のものに限られるものではなく、発光素子が複数個、例えば各々レーザ光を発光する多数の発光部を有する面発光レーザ（マルチレーザ）を駆動対象とすることも可能である。これが、以下に説明する本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動装置である。
【０１１２】
［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動装置、即ちマルチレーザ駆動装置の要部の構成例を示すブロック図であり、図中、図４と同等部分には同一符号を付して示している。
【０１１３】
ここでは、第２実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の構成を基本構成として用いる場合を例に採って説明が、第１実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の構成を基本構成として用いることも可能である。また、図８では、図１における光量検出回路１５、図３における駆動電流制御回路１１、制御回路１７および補正回路２０については省略している。さらに、マルチレーザ（面発光レーザ）の多数の発光部については、図面の簡略化のため、２つの発光部ＬＤ１，ＬＤ２（以下、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２と記す）を代表して示している。
【０１１４】
図８において、２つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２に対して、試験電流供給回路１３−１，１３−２、バイアス電流供給回路１８−１，１８−２およびバイアス電流設定部１９−１，１９−２がそれぞれ対応して設けられ、試験電流設定部１３２およびバイアス電圧設定回路１４が共通に設けられている。なお、試験電流設定部１３２については、第１，第２実施形態の場合と同様に、試験電流供給回路１３−１，１３−２ごとに設けることも可能である。ただし、試験電流供給回路１３−１，１３−２に対して共通に設けた方が、コストダウンを図る上で有利である。
【０１１５】
また、本実施形態に係るマルチレーザ駆動装置では、バイアス電圧設定回路１４でのバイアス電圧Ｖｂｉａｓの設定に当たって、２つの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２の各端子電圧の演算結果を用いるようにしている。そのため、バイアス電圧設定回路１４の前段に演算回路２１を備えている。
【０１１６】
この演算回路２１は、試験電流供給回路１３−１，１３−２から半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２に対して各発光閾値電流よりも低い、好ましくは僅かに低い試験電流が供給されているときの半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２を用いて、例えば平均値（Ｖ１＋Ｖ２）／２の演算を行う。ただし、電圧値の算出に当たっては、平均値の算出に限られるものではなく、各端子電圧の最小値と最大値の間でかつ最小値と最大値を除く電圧値、具体的にはメジアン、モードなど、半導体レーザの特性ばらつきのできるだけ中心値が望ましい。
【０１１７】
演算回路２１の演算結果である電圧値（Ｖ１＋Ｖ２）／２は、バイアス電圧設定回路１４に与えられる。バイアス電圧設定回路１４では、この電圧値（Ｖ１＋Ｖ２）／２をスイッチＳＷ４２でサンプリングし、コンデンサＣ４１にホールドする。このコンデンサＣ４１にホールドされた電圧は、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２の消灯時にスイッチＳＷ４１−１，ＳＷ４１−２がオン状態になることにより、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２の各アノードにバイアス電圧Ｖｂｉａｓとして印加される。
【０１１８】
コンデンサＣ４１にホールドされた電圧はさらに、バイアス電流設定部１９−１，１９−２にも供給される。バイアス電流設定部１９−１，１９−２は、図４のバイアス電流設定部１９と同様に、例えば差動アンプおよびサンプルホールド回路によって構成され、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２の消灯時にこれら半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２が、バイアス電圧設定回路１４で設定されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓに一致するように負帰還制御して電流源１８１−１，１８１−２の各電流、即ちバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定する。このような負帰還制御の構成を採ることにより、簡易な構成で半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２ごとに消灯時の端子電圧が、算出された共通のバイアス電圧Ｖｂｉａｓに一致するように制御を行うことができる。
【０１１９】
ここで、仮に電圧電流駆動（電圧駆動→電流駆動）を行う際には、先ずスイッチＳＷ４１−１／ＳＷ４１−２をオン状態にすることで、バイアス電圧設定回路１４で設定された電圧値（Ｖ１＋Ｖ２）／２のバイアス電圧Ｖｂｉａｓが、スイッチＳＷ４１−１／ＳＷ４１−２を介して半導体レーザＬＤ１／ＬＤ２のアノードに印加される（電圧駆動）。その後、スイッチＳＷ４１−１／ＳＷ４１−２をオフ状態にし、バイアス電流供給回路１８−１／１８−２のスイッチＳＷ８１−１／ＳＷ８１−２をオン状態にすることで、バイアス電流設定部１９−１／１９−２でバイアス電圧Ｖｂｉａｓを基に設定されたバイアス電流Ｉｂｉａｓが電流源１８１−１／１８１−２から半導体レーザＬＤ１／ＬＤ２に供給される（電流駆動）。
【０１２０】
この電圧電流駆動のときには、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの電圧値と、当該バイアス電圧Ｖｂｉａｓを基に設定されたバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流値とが対応しているため、電圧駆動から電流駆動へ移行する際に半導体レーザＬＤ１／ＬＤ２の端子電圧Ｖ１／Ｖ２の電圧値が速やかに電流駆動の電圧値に収束することになる。
【０１２１】
上述したように、第３実施形態に係るマルチレーザ駆動装置においては、複数（本例では、２つ）の半導体レーザの消灯時にこれら半導体レーザに対して試験電流を供給し、この試験電流が流れているときの複数の半導体レーザの各端子電圧を演算し、その算出した電圧値を基に消灯時に各半導体レーザに印加するバイアス電圧Ｖｂｉａｓを設定する構成を採ることで、１つのバイアス電圧設定回路１４を複数の半導体レーザに対して共通に設けることができる。換言すれば、コンデンサＣ４１を含むバイアス電圧設定回路１４を複数の半導体レーザごとに設けなくて済むため、回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができる。
【０１２２】
特に、複数の半導体レーザの各端子電圧の最小値と最大値の間でかつ最小値と最大値を除く電圧値、例えば平均値、メジアン、モードなどを算出し、これをバイアス電圧Ｖｂｉａｓとすることにより、半導体レーザの特性にばらつきがあった場合に、そのばらつきの中心値付近にバイアス電圧Ｖｂｉａｓの電圧値を設定できるため、半導体レーザの特性ばらつきの最大または最小に合わせた場合のように、全半導体レーザの共通の駆動条件が極端に偏った状態になるのを防ぐことができる。
【０１２３】
半導体レーザの特性ばらつきが大きい場合は、数ビームは微かに点灯したり、変調速度が遅くなったりすることもあり得るが、レーザアレイを用いたレーザゼログラフィーでは、シングルレーザと比較して１レーザが画質に与える影響はレーザ数分の１に軽減されるため問題になりにくい。このため、半導体レーザのスペックを緩くすることが可能になるため、歩留まり向上に大きく寄与できることになる。
【０１２４】
また、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを基にバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定し、当該バイアス電流Ｉｂｉａｓを複数の半導体レーザの消灯時にこれら半導体レーザに流すことにより、電圧駆動動作時の電圧と電流駆動動作時の電圧とがほぼ等しい値になり、電圧駆動から電流駆動に移行するときの電圧の変動幅が小さくなるため、定電圧駆動から定電流駆動への移行時間を短縮できる。その結果、温度補正が効かない定電流動作への移行期間を最小限にすることができるため、第２実施形態で説明した温度補償の精度の向上に大きく寄与できることになる。
【０１２５】
（変形例）
図９は、第３実施形態の変形例に係る発光素子駆動装置、即ち半導体レーザ駆動装置の構成例を示す回路図であり、図中、図８と同等部分には同一符号を付して示している。
【０１２６】
本変形例では、第２実施形態の変形例の場合と同様の主旨の下に、試験電流供給回路１３−１，１３−２の各々において、電流源１３１−１，１３１−２を、バイアス電流供給回路１８−１，１８−２の電流源１８１−１，１８１−２として共用した構成を採っている。
【０１２７】
このように、試験電流供給回路１３−１，１３−２の各電流源１３１−１，１３１−２とバイアス電流供給回路１８−１，１８−２の各電流源１８１−１，１８１−２を共用する構成を採ることにより、半導体レーザ１個につき電流源を１つずつ削減できるため、その分だけ回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができるとともに消費電力で低減でき、半導体レーザの数が多くなるほどその効果は大である。
【０１２８】
［第４実施形態］
図１０は、本発明の第４実施形態に係る発光素子駆動装置、即ちマルチレーザ駆動装置の要部の構成例を示すブロック図であり、図中、図８と同等部分には同一符号を付して示している。
【０１２９】
第４実施形態に係るマルチレーザ駆動装置では、単一の演算回路２１で単一の電圧値（Ｖ１＋Ｖ２）／２を算出する構成を採っているのに対して、本実施形態に係るマルチレーザ駆動装置では、複数（例えば、３個）の演算回路２１−１，２１−２，２１−３を用いて３個の電圧値を算出する構成を採っている。それ以外の構成は、第４実施形態に係るマルチレーザ駆動装置と同じである。この算出された３個の電圧値は、スイッチＳＷ４３によっていずれかが選択されてバイアス電圧設定回路１４に与えられる。
【０１３０】
３個の演算回路２１−１，２１−２，２１−３のうち、演算回路２１−１は電圧値（２Ｖ１＋Ｖ２）／３を算出し、演算回路２１−２は電圧値（Ｖ１＋Ｖ２）／２を算出し、演算回路２１−３は電圧値（Ｖ１＋２Ｖ２）／３を算出する。ただし、これらの算出値は一例であって、これらに限られるものではなく、Ｖ１とＶ２の間（最大値と最小値の間）の任意の電圧値を４個以上算出するようにしても良い。
【０１３１】
上述したように、本実施形態に係るマルチレーザ駆動装置では、試験電流が流れているときの複数の半導体レーザの各端子電圧を用いて演算処理によって複数の電圧値を算出し、その中から選択した電圧値を消灯時のバイアス電圧Ｖｂｉａｓとして複数の半導体レーザに印加するとともに、当該電圧値を基に消灯時に複数の半導体レーザに供給するバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定することで、幾つかの選択肢の中から複数の半導体レーザ間の特性ばらつきの分布に応じて最適なバイアス電圧Ｖｂｉａｓおよびバイアス電流Ｉｂｉａｓを設定できる。その結果、より精度の高い駆動制御を実現できる。
【０１３２】
なお、上記各実施形態では、駆動対象の発光素子として、ＧａＮ系青色レーザやシングルモード面発光レーザを用いた場合を例に採って説明したが、本発明はこれらレーザ素子の駆動への適用に限られるものではなく、ＥＬ(liquid crystal display)素子など内部抵抗が高い発光素子全般の電圧駆動に対しても同様に適用可能である。
【０１３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、バイアス電圧の設定に当たって、光量制御も変調も行わない期間において、実際に消灯時に発光素子に印加したいバイアス電圧に対応して設定した電流を発光素子に試験電流として供給し、この試験電流が流れているときの発光素子の端子電圧を検出し、その検出した電圧を基に、消灯時に発光素子に印加するバイアス電圧を設定することにより、僅かな電圧変化で電流が大きく変動して電流制御が難しかった従来技術と比較して、消灯時に印加するバイアス電圧を目標値に設定し易くなる。
【０１３４】
請求項２に係る発明によれば、発光素子の光量が規定光量となるように当該発光素子の駆動電流を制御し、規定光量のときの発光素子の端子電圧を検出し、その検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に発光素子に印加する駆動電圧を設定することにより、光量制御のための負帰還ループのゲインを一定に保つことができるため、安定した制御を実現できる。
【０１３５】
請求項３に係る発明によれば、電圧源(低出力インピーダンス)を制御して電圧駆動で制御を行うことで、電流駆動を行う場合と比較して発光素子の内部抵抗と容量で決まる時定数の影響を軽減できるため、電流駆動を行う場合よりも光量制御の収束時間を短縮できる。
【０１３６】
請求項４に係る発明によれば、設定されたバイアス電圧を基に消灯時の電流駆動の際に発光素子に流すバイアス電流を設定し、当該バイアス電流を発光素子の消灯時に当該発光素子に供給することにより、電圧駆動動作時の電圧と電流駆動動作時の電圧とがほぼ等しい値になり、電圧駆動から電流駆動に移行するときの電圧の変動幅が小さくなるため、定電圧駆動から定電流駆動への移行時間を短縮できる。
【０１３７】
請求項５に係る発明によれば、負帰還制御の構成を採ることにより、簡易な構成で発光素子の消灯時の端子電圧が、設定したバイアス電圧に一致するように制御することができる。
【０１３８】
請求項６に係る発明によれば、バイアス電圧の設定およびバイアス電流の設定を所定のサイクル、例えば光量制御のサイクルで実行し、温度変動による発光素子の電圧−電流特性変動に伴ってバイアス電流を設定し直すことにより、温度変動があって発光素子の電圧−電流特性が変動としても、発光素子に流すバイアス電流を一定に保つことができる。
【０１３９】
請求項７に係る発明によれば、バイアス電流供給手段と試験電流供給手段の各電流源を共用することにより、電流源を１つ削減できるため、その分だけ回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができるとともに、消費電力を低減できる。
【０１４０】
請求項８に係る発明によれば、複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に対して試験電流供給手段から試験電流を供給し、この試験電流が流れているときの複数の発光素子の各端子電圧同士を演算し、その算出した電圧値を基に消灯時に各発光素子に印加するバイアス電圧を設定することにより、１つのバイアス電圧設定回路を複数の発光素子に対して共通に設けることができるため、回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができる。
【０１４１】
請求項９に係る発明によれば、複数の発光素子の各端子電圧の最小値と最大値の間でかつ最小値と最大値を除く電圧値を算出し、これをバイアス電圧とすることにより、発光素子の特性にばらつきがあった場合に、そのばらつきの中心値付近にバイアス電圧の電圧値を設定できるため、全発光素子の共通の駆動条件が極端に偏った状態になるのを防ぐことができる。
【０１４２】
請求項１０に係る発明によれば、試験電流が流れているときの複数の発光素子の各端子電圧を用いて演算処理によって複数の電圧値を算出し、その中から選択した電圧値を消灯時に複数の発光素子に印加するバイアス電圧とすることにより、幾つかの選択肢の中から複数の発光素子間の特性ばらつきの分布に応じて最適なバイアス電圧を設定できるため、より精度の高い駆動制御を実現できる。
【０１４３】
請求項１１に係る発明によれば、設定されたバイアス電圧を基に消灯時の電流駆動の際に複数の発光素子に流すバイアス電流を設定し、当該バイアス電流を複数の発光素子の消灯時にこれら発光素子に供給することにより、電圧駆動動作時の電圧と電流駆動動作時の電圧とがほぼ等しい値になり、電圧駆動から電流駆動に移行するときの電圧の変動幅が小さくなるため、複数の発光素子の各々について、定電圧駆動から定電流駆動への移行時間を短縮できる。
【０１４４】
請求項１２に係る発明によれば、試験電流が流れているときの複数の発光素子の各端子電圧を用いて演算処理によって複数の電圧値を算出し、その中から選択した電圧値を消灯時のバイアス電圧として複数の発光素子に印加するとともに、当該電圧値を基に消灯時に複数の発光素子に供給するバイアス電流を設定することにより、幾つかの選択肢の中から複数の発光素子間の特性ばらつきの分布に応じて最適なバイアス電圧およびバイアス電流を設定できるため、より精度の高い駆動制御を実現できる。
【０１４５】
請求項１３に係る発明によれば、負帰還制御の構成を採ることにより、簡易な構成で各発光素子ごとに消灯時の各端子電圧が、算出した共通のバイアス電圧と一致するように制御を行うことができる。
【０１４６】
請求項１４に係る発明によれば、バイアス電圧の設定およびバイアス電流の設定を所定のサイクル、例えば光量制御のサイクルで実行し、温度変動による発光素子の電圧−電流特性変動に伴ってバイアス電流を設定し直すことにより、温度変動があって発光素子の電圧−電流特性が変動としても、発光素子に流すバイアス電流を一定に保つことができる。
【０１４７】
請求項１５に係る発明によれば、バイアス電流供給手段と試験電流供給手段の各電流源を共用することにより、電流源を発光素子１個につき１つずつ削減できるため、その分だけ回路構成の簡略化および低コスト化を図ることができるとともに消費電力を低減でき、発光素子の数が多くなるほどその効果は大である。
【０１４８】
請求項１６に係る発明によれば、試験電流の電流値を設定する手段を複数の発光素子に対して共用することにより、コストダウンを図る上で有利となる。
【０１４９】
請求項１７に係る発明によれば、発光素子の光量が規定光量となるように当該発光素子の駆動電流を制御し、規定光量のときの発光素子の端子電圧を検出し、その検出した電圧（端子電圧）を基に、点灯時に発光素子に印加する駆動電圧を設定することにより、光量制御のための負帰還ループのゲインを一定に保つことができるため、安定した制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動装置の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例に係る発光素子駆動装置の要部の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る発光素子駆動装置の要部の構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動装置の構成例を示す回路図である。
【図５】電圧駆動と電流駆動との切り替え制御の動作説明に供するタイミング波形図である。
【図６】温度変動によってバイアス電流Ｉｂｉａｓが変化する様子を示す半導体レーザの電圧−電流特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態の変形例に係る発光素子駆動装置の要部の構成例を示す回路図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動装置の構成例を示す回路図である。
【図９】本発明の第３実施形態の変形例に係る発光素子駆動装置の要部の構成例を示す回路図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る発光素子駆動装置の構成例を示す回路図である。
【図１１】半導体レーザの電圧−電流特性図である。
【符号の説明】
１１…駆動電流制御回路、１２…駆動電圧制御回路、１３，１３−１，１３−２…試験電流供給回路、１４…バイアス電圧設定回路、１５…光量検出回路、１６…誤差検出回路、１７…制御回路、１８，１８−１，１８−２…バイアス電流供給回路、１９，１９−１，１９−２…バイアス電流設定部、２０…補正回路、２１，２１−１，２１−２，２１−３…演算回路、１３２…試験電流設定部，Ｉｂｉａｓ…バイアス電流、Ｖｂｉａｓ…バイアス電圧、Ｖｃｏｎｔ…光量制御電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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