(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードの発光を制御するレーザダイオード制御装置であって、
前記レーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流との関係を示す関数を特定するパラメータを格納する格納部と、
前記レーザダイオードの光量のモニタ結果を受け取り、前記モニタ結果と目標値との差を算出する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
前記モニタ結果と目標値との差の絶対値が第１の閾値以上の場合、前記バイアス電流及び前記変調電流のうちの一方に対するステップ幅分の調整と、他方に対する前記格納部に格納されているパラメータで特定される関数に基づく調整とを開始し、
前記モニタ結果と目標値との差の絶対値が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値以下の場合、前記バイアス電流及び前記変調電流の調整を停止することを特徴とするレーザダイオード制御装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、
前記ステップ幅を前記モニタ結果と前記目標値との差に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード制御装置。
【請求項３】
レーザダイオードの発光を制御する制御方法であって、
前記レーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流との関係を示す関数を特定するパラメータを格納部に格納しておき、前記レーザダイオードの光量のモニタ結果を受け取り、前記モニタ結果と目標値との差を算出し、
前記モニタ結果と前記目標値との差の絶対値が第１の閾値以上の場合、前記バイアス電流及び前記変調電流のうちの一方に対するステップ幅分の調整と、他方に対する前記格納部に格納されているパラメータで特定される関数に基づく調整とを開始し、前記モニタ結果と目標値との差の絶対値が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値以下の場合、前記バイアス電流及び前記変調電流の調整を停止することを特徴とするレーザダイオード制御方法。
【請求項４】
前記ステップ幅を前記モニタ結果と前記目標値との差に応じて変化させることを特徴とする請求項３記載のレーザダイオード制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオード制御装置、制御システム、及び制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードの光出力パワー及び消光比は温度によって変動するため、光出力パワー及び消光比を一定にするには制御が必要である。通常、レーザダイオードはバイアス電流と変調電流とがレーザ駆動回路を介して供給されて発光する。そして、そのバイアス電流と変調電流とによりレーザダイオードの光出力パワー及び消光比が決まる。従って、光出力パワー及び消光比を一定にするには、バイアス電流と変調電流とを制御すれば良い。このような制御は、Auto Power Control（以下、「ＡＰＣ制御」）として知られている。
【０００３】
レーザダイオードの光出力パワー及び消光比を一定にするバイアス電流と変調電流との組み合わせはレーザダイオードに固有である。従って、ＡＰＣ制御では、まず、使用したいレーザダイオードの光出力パワー及び消光比を一定にするバイアス電流及び変調電流を種々の温度で測定し、それらの組み合わせをテーブルとして不揮発性メモリに格納しておく。そして、レーザダイオードの光量を受光素子でモニタし、モニタされたレーザダイオードの光量が目標値よりずれている場合には、そのずれが小さくなるように不揮発性メモリに格納されているテーブルの値を適宜読み出してレーザダイオードに供給することで制御するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の制御手法では、レーザダイオードの光出力パワー及び消光比を一定にするバイアス電流と変調電流との組み合わせをテーブルとして不揮発性メモリに格納しているために、そのテーブルの大きさに応じたメモリ容量を要する。また、レーザダイオードの光出力パワー及び消光比を一定にするための制御の精度を向上させるには、バイアス電流と変調電流との組み合わせを多くとり、テーブルを大きくすれば良い。しかし、上述したようにテーブルが大きくなればメモリ容量が大きくなる。即ち、レーザダイオードの制御の精度を向上させるために、バイアス電流と変調電流との組み合わせを多くとればとるほどより多くのメモリ容量が必要になるという問題点がある。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、格納すべきデータ量を少なくしても制御の精度を向上させることが可能なレーザダイオード制御装置、及び制御方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザダイオード制御装置は、レーザダイオードの発光を制御するレーザダイオード制御装置であって、レーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流との関係を示す関数を特定するパラメータを格納する格納部と、レーザダイオードの光量のモニタ結果を受け取り、モニタ結果と目標値との差を算出する演算処理部と、を備え、演算処理部は、モニタ結果と目標値との差の絶対値が第１の閾値以上の場合、バイアス電流及び変調電流のうちの一方に対するステップ幅分の調整と、他方に対する格納部に格納されているパラメータで特定される関数に基づく調整とを開始し、モニタ結果と目標値との差の絶対値が、第１の閾値より小さい第２の閾値以下の場合、バイアス電流及び変調電流の調整を停止することを特徴とする。
【０００７】
この場合、格納部に格納されるのは、レーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流との関係を示す関数を特定するパラメータである。そのため、格納部には、そのパラメータを格納するメモリ容量があれば良い。
【０００８】
また、レーザダイオードの光量のモニタ結果と格納部に格納されているパラメータで特定される関数とに基づいて、レーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流とが算出される。このように関数を利用してレーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流とを算出するため、バイアス電流及び変調電流のうちの一方を細かく調整して他方を算出することによりレーザダイオードの発光の制御の精度を向上させることができる。この場合にも、格納部に格納するのは関数を特定するパラメータのままであるため、レーザダイオードの発光の制御の精度を向上させるために格納部のメモリ容量を増加させる必要がない。
【０００９】
更に、モニタ結果と目標値との差に応じてバイアス電流及び変調電流のうちの一方を調整するため、目標値との差にかかわらず一定の値で調整を行う場合よりも早く目標値に近づけることが可能である。
【００１０】
本発明に係るレーザダイオード制御装置が有する演算処理部は、ステップ幅をモニタ結果と目標値との差に応じて変化させることが好ましい。
【００１２】
更に、本発明に係るレーザダイオード制御方法は、レーザダイオードの発光を制御する制御方法であって、レーザダイオードに供給するべきバイアス電流と変調電流との関係を示す関数を特定するパラメータを格納部に格納しておき、レーザダイオードの光量のモニタ結果を受け取り、モニタ結果と目標値との差を算出し、モニタ結果と目標値との差の絶対値が第１の閾値以上の場合、バイアス電流及び変調電流のうちの一方に対するステップ幅分の調整と、他方に対する格納部に格納されているパラメータで特定される関数に基づく調整とを開始し、モニタ結果と目標値との差の絶対値が、第１の閾値より小さい第２の閾値以下の場合、バイアス電流及び変調電流の調整を停止することを特徴とする。
【００１３】
この方法では、予め格納部に格納しているバイアス電流と変調電流との組み合わせからレーザダイオードに供給するべき組み合わせを抽出するのではなく、供給するべきバイアス電流と変調電流とを、バイアス電流と変調電流との関係を示す関数を利用して算出するため、格納部に必要なメモリ容量はその関数を特定するパラメータを格納するのに要する容量があれば良い。
【００１４】
また、モニタ結果と目標値との差に応じて調整が行われるため短時間で目標値への収束が可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るレーザダイオード制御方法では、ステップ幅をモニタ結果と目標値との差に応じて変化させることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図1は、本実施形態に係るレーザダイオード制御システム１０の概略構成図である。レーザダイオード制御システム１０は、レーザモジュール１２とレーザ制御装置１４とから構成される。
【００１９】
レーザモジュール１２は、レーザダイオード（以下、「ＬＤ」とする）１６、ＬＤ１６を駆動するレーザ駆動回路１８、及びＬＤ１６の光量をモニタするモニタ手段２０とを有する。
【００２０】
ＬＤ１６は、レーザ駆動回路１８を介して供給電流Ｉが供給されて発光する。そして、その光量はモニタ手段２０によりモニタされ、そのモニタ結果はＬＤ１６の光量に相当する光電流値ＩPDとして出力されるようになっている。モニタ手段２０としては、例えば、フォトダイオード等が考えられる。
【００２１】
図２は、ＬＤ１６への供給電流ＩとＬＤ１６の光出力パワーＰとの関係であるＩ−Ｌ特性及びその温度依存性の傾向を示すものである。図２において、横軸は電流Ｉを示し、縦軸はＬＤ１６の光出力パワーＰを示す。Ｉ−Ｌ特性が示すように、供給電流Ｉが閾値電流ＩTHを越えるとＬＤ１６は発光するようになっている。ＬＤ１６が、光出力パワーがＰ1である光及び光出力パワーがＰ2である光のうちの一方を出力する場合を考える。尚、図２に示すように光出力パワーＰ1はＰ2よりも大きいものとする。ＬＤ１６の光出力パワーがＰ2である場合にＬＤ１６に供給する電流が、閾値電流ＩTHにマージンを加えたバイアス電流ＩBである。ＬＤ１６の光出力パワーがＰ1である場合にＬＤ１６に供給する電流は、バイアス電流ＩBに変調電流ＩMを加えた電流である。また、Ｐ1とＰ2との差をΔＰとすれば、消光比は、１０×ｌｏｇ10（ΔＰ／Ｐ2）である。尚、図２の曲線ＴMは常温でのＩ―Ｌ特性線、曲線ＴLは低温でのＩ−Ｌ特性線、曲線ＴHは高温でのＩ−Ｌ特性線を夫々示すものである。
【００２２】
図２から理解されるように、光出力パワー及び消光比を温度によらず一定にするには、温度変化に応じてバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMを制御する必要がある。
【００２３】
このようにバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMを制御して、温度が変化してもＬＤ１６の光出力パワー及び消光比を一定に保つ制御がAuto Power Control（以下、「ＡＰＣ制御」という）である。
【００２４】
次に図１を参照してレーザダイオード制御装置１４について説明する。
【００２５】
レーザダイオード制御装置１４は、上述したＡＰＣ制御を行うものであり、Ａ／Ｄコンバータ２２、変数格納部２４、格納部２６、演算処理部２８、及びＤ／Ａコンバータ３０を有している。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ２２は、モニタ手段２０から出力されたＬＤ１６の光量に相当する光電流値ＩPDをＡ／Ｄ変換して出力するものである。
【００２７】
変数格納部２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２から出力された光電流値ＩPDを一時的に格納するものである。
【００２８】
格納部２６は、バイアス電流ＩBと変調電流ＩMとの関係を示す関数ｆを特定するパラメータを格納するものである。パラメータは、関数ｆがｎ次関数の場合には、ｎ+１個のパラメータＸ1〜Ｘn+1であるが、以下の説明では簡単のためパラメータにはＸの符号を付するものとする。本実施形態では、関数ｆは、ＬＤ１６の光出力パワー及び消光比を一定にするバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとの関係を示すものであり、変調電流ＩMをバイアス電流ＩBの関数、即ち、ＩM＝ｆ（ＩB）とする。格納部２６は、例えば、不揮発性メモリ等が考えられる。
【００２９】
演算処理部２８は、モニタ手段２０によりモニタされたＬＤ１６の光量と格納部２６に格納されているパラメータＸで特定される関数ｆとに基づいて、ＬＤ１６に供給するべきバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとを算出するものである。
【００３０】
Ｄ／Ａコンバータ３０は、演算処理部２８により算出されたバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとをＤ／Ａ変換して出力するものである。Ｄ／Ａコンバータ３０から出力されたバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとは、レーザ駆動回路１８を介してＬＤ１６に供給される。
【００３１】
以下に、図３を用いてＬＤ１６の発光を制御する手順とともに、ＬＤ１６の発光の制御方法について説明する。尚、以下の説明において、ＬＤ１６を最初に発光させる場合には、ＡＰＣ制御の状態を示すフラグは０にセットされているものとする。
【００３２】
まず、レーザ駆動回路１８を介して或るバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとをＬＤ１６に供給してＬＤ１６を発光させる（Ｓ１００）。次に、モニタ手段２０が、ＬＤ１６の光量をモニタし、その光量に相当する光電流値ＩPDを出力する（Ｓ１０２）。モニタ手段２０から出力された光電流値ＩPDは、Ａ／Ｄコンバータ２２でＡ／Ｄ変換されて変数格納部２４に格納される（Ｓ１０４）。
【００３３】
次に、演算処理部２８が、変数格納部２４に格納されている光電流値ＩPDを読み込む（Ｓ１０６）。そして、演算処理部２８は、Ｓ１０６で読み込んだＬＤ１６の光量に相当する光電流値ＩPDとパラメータＸで特定される関数ｆとに基づいてＬＤ１６に供給するべきバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとを算出する。以下、演算処理部２８の算出手順について説明する。
【００３４】
まず、ＡＰＣ制御により達成すべきＬＤ１６の光量に相当する光電流値である目標値ＩPD0と、光電流値ＩPDとの差の絶対値ＤIPDを算出する（Ｓ１０８）。そして、絶対値ＤIPDがＡＰＣ制御を開始するための基準値である上側閾値ＴＨuよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１１０）。
【００３５】
ここで、絶対値ＤIPDが上側閾値ＴＨuよりも大きい場合（Ｓ１１０で「Ｙ」）について説明する。
【００３６】
この場合、フラグを１に変更する（Ｓ１１２）。そして、光電流値ＩPDが目標値ＩPD0よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１１４）。光電流値ＩPDが目標値ＩPD0よりも大きい場合（Ｓ１１４で「Ｙ」）には、バイアス電流ＩBをΔＩBだけ減少させる（Ｓ１１６）。一方、光電流値ＩPDが目標値ＩPD0よりも小さい場合（Ｓ１１４で「Ｎ」）には、バイアス電流ＩBをΔＩBだけ増加させる（Ｓ１１８）。ここでは、ΔＩBは固定値であり、正の値であるとする。そして、Ｓ１１６又はＳ１１８で算出されたバイアス電流ＩBと格納部２６に格納されているパラメータＸで特定される関数ｆとに基づいて、ＬＤ１６に供給するべき変調電流ＩMを算出する（Ｓ１２０）。
【００３７】
このようにして演算処理部２８で算出されたバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMは、Ｄ／Ａコンバータ３０でＤ／Ａ変換され、レーザ駆動回路１８を介してＬＤ１６に供給される（Ｓ１２２）。
【００３８】
次に、絶対値ＤIPDが上側閾値ＴＨuよりも大きくない、即ち、絶対値ＤIPDが上側閾値ＴＨu以下である場合（Ｓ１１０で「Ｎ」）について説明する。
【００３９】
この場合、まず、フラグが１か否かを判定する（Ｓ１２４）。フラグが１の場合（Ｓ１２４で「Ｙ」）には、絶対値ＤIPDがＡＰＣ制御を終了するための基準値である下側閾値ＴＨlよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１２６）。絶対値ＤIPDが下側閾値ＴＨlよりも大きい場合（Ｓ１２６で「Ｙ」）には、Ｓ１１４に移行する。絶対値ＤIPDが下側閾値ＴＨl以下である場合（Ｓ１２６で「Ｎ」）には、フラグを０に変更し（Ｓ１２８）、Ｓ１２２に移行する。この場合、バイアス電流ＩB及び変調電流ＩMは調整されずにそのままの値がＬＤ１６に供給されることになる。
【００４０】
以上の手順で示したように、バイアス電流ＩB及び変調電流ＩMを調整することによるＬＤ１６の発光の制御は、絶対値ＤIPDが上側閾値ＴＨuを越えた場合に開始される。そして、絶対値ＤIPDが下側閾値ＴＨl以下になり、ＬＤ１６に供給されているバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMが維持されるまで上記の手順を実行する。即ち、絶対値ＤIPDが下側閾値ＴＨl以下になり、ＬＤ１６に供給されているバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMが維持されるようになった場合に、ＡＰＣ制御は終了する。
【００４１】
本実施形態では、上述したように格納部２６には、ＬＤ１６の光出力パワー及び消光比を一定にするバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとの関係を示す関数ｆを特定するパラメータＸが格納される。そして、演算処理部２８は、格納部２６からそのパラメータＸを読み出してパラメータＸで特定される関数ｆを用いて、ＬＤ１６に供給するべきバイアス電流ＩBと変調電流ＩMとを算出する。従って、格納部２６には、関数ｆを特定するためのパラメータＸを格納するのに要する容量があれば良い。
【００４２】
更に、ＬＤ１６の発光の制御の精度を向上させる場合、例えば、従来のように格納部２６にＬＤ１６の光出力パワー及び消光比を一定にするバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMの組み合わせをテーブルとして格納するようにしていると、格納すべきバイアス電流ＩB及び変調電流ＩMの組み合わせを増やさなければならない。しかし、本実施形態の場合には、演算処理部２８においてＬＤ１６に供給するべきバイアス電流ＩBを算出する際にΔＩBを小さくすることで精度を向上させることができる。即ち、本実施形態では、格納部２６に格納すべきデータ量を大きくすることなくＬＤ１６の制御の精度を向上させることが可能である。
【００４３】
尚、上記実施形態では、ＬＤ１６に供給するべきバイアス電流ＩBを算出するためのΔＩBを固定値としたが、例えば、絶対値ＤIPDの大きさに応じて変化する変数としても良い。この場合、絶対値ＤIPDが大きい場合にはΔＩBを大きくし、絶対値ＤIPDが小さい場合にはΔＩBを小さくすることにより、ＬＤ１６の光出力パワー及び消光比を早く目標値に収束させることが可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、バイアス電流ＩBと変調電流ＩMとの関係を示す関数として、変調電流ＩMをバイアス電流ＩBの関数としているが、バイアス電流ＩBを変調電流ＩMの関数、即ち、ＩB＝ｆ（ＩM）としても良い。この場合には、変調電流ＩMを増減させて調整して、関数ｆ（ＩM）を用いてＩBを算出すればよい。
【００４５】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、バイアス電流と変調電流との関係を示す関数を特定するパラメータが格納部に格納されるため、格納部にはそのパラメータを格納するメモリ容量があれば良い。また、レーザダイオードに供給されるバイアス電流及び変調電流は、レーザダイオードの光量のモニタ結果と格納部に格納されたパラメータにより特定される関数とに基づいて算出される。従って、バイアス電流及び変調電流の一方を調整するための変化分を小さくすることによりレーザダイオードの制御の精度を向上させることができる。この場合、格納部には、上述したようにパラメータを格納するメモリ容量があれば良い。即ち、格納すべきデータ量を少なくしても制御の精度を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るレーザダイオード制御システムの概略構成図である。
【図２】レーザダイオードのＩ−Ｌ特性及び温度依存性を示す図である。
【図３】レーザダイオードの発光の制御に係る手順を説明するためのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１０…レーザダイオード制御システム、１２…レーザモジュール、１４…レーザダイオード制御装置、１６…レーザダイオード、１８…レーザ駆動回路、２０…モニタ手段、２２…Ａ／Ｄコンバータ、２４…変数格納部、２６…格納部、２８…演算処理部、３０…Ｄ／Ａコンバータ
【図１】
0003743399.tif 000002
【図２】
0003743399.tif 000003
【図３】
0003743399.tif 000004