DE19840511A1 - Energieversorgungs-Steuervorrichtung für eine Laserdiode - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungs- Steuervorrichtung zur Steuerung einer Stromzufuhr zu einer Laserdiode in einem Halbleiterlaser. Die Laseroszillation des Halbleiterlasers geschieht durch Zufuhr von Strom zu einem p-n-Übergang. Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf eine Festkörperlaser-Vorrichtung oder dergleichen, welche ein Festkörperlasermedium durch einen Laserstrahl erregt, wie ein YAG-Laserstab, um so aus dem Festkörperlasermedium einen Laserstrahl auszustrahlen.

Fig. 12 zeigt eine Gesamtschaltung einer konventionellen Energieversorgungs-Steuervorrichtung für Laserdioden.

In Fig. 12 besteht eine Energiequelle 1 aus einer Konstantspannungsquelle, wie einer Gleichspannungsversorgung usw. Ein Strom-Steuerschaltelement 2 ist mit der Energiequelle 1 verbunden, um so einen Schaltvorgang durch ein äußeres Signal, d. h. ein Ausgabebefehlssignal PL, durchzuführen. Die Energiequelle 1 ist mit einer Reihenschaltung des Schaltelementes 2 und einer in Sperrichtung geschalteten bzw. angeschlossenen Diode 3 verbunden. Eine Induktivität 4 ist mit einem Verbindungspunkt "a" verbunden, an welchem das Schaltelement 2 und die Diode 3 miteinander in Reihe geschaltet sind. Der andere Anschluß der Induktivität 4 ist an einem Verbindungspunkt "b" mit einer Anodenseiten von Laserdioden LD1-LDn, welche in Reihe geschaltet sind, verbunden. Andererseits ist die Kathodenseite der Laserdioden LD1-LDn an einem Verbindungspunkt "c" mit einem Verbindungspunkt zwischen der Energiequelle 1 und der Diode 3 verbunden. Den Laserdioden LD1-LDn wird durch Schaltsteuerung des Schaltelementes 2 über die Induktivität 4 Energie zugeführt.

Die Laserdioden LD1-LDn geben jeweils Laserstrahlen aus an ein Festkörperlasermedium bzw. Stab 5. Laserstrahlen werden angeregt und oszillieren zwischen einem Reflektionsspiegel 7 (100% Reflektionsgrad) und einem halbdurchlässigen Spiegel 6, so daß ein Laserstrahl 8 aus dem halbdurchlässigen Spiegel 6 austritt. Um den Laserdioden LD1-LDn Strom zuzuführen, erfaßt ein Stromdetektor 9 den Strom der Induktivität 4. Dann wird eine Ausgabe des Detektors 9 in einen Fehlerkomparator 10 zurückgeführt und mit einem Befehlswert ITH eines Befehlsgebers 11 verglichen. Das Schaltelement 2 führt eine Schaltsteuerung gemäß des Vergleichsresultates durch, um so einen Strom zuzuführen, der den gleichen Wert hat wie der Befehlswert ITH. Das Befehlswertsignal ITH wird von einem Analogtor 12 ein- und ausgeschaltet, welches durch ein Ausgabeantriebssignal PL betrieben wird. Folglich wird der den Laserdioden LD1-LDn zugeführte Strom so an/aus-gesteuert, daß den Laserdioden LD1-LDn ein als Befehlswert ITH gesetzter Konstantstrom zugeführt wird.

Fig. 13a-13c zeigen Signalformen und ein Zeitdiagramm, welche den Betrieb der Steuervorrichtung der Fig. 12 erklären.

Fig. 13a zeigt eine Signalform des Antriebssignals PL zum Ein- und Ausschalten des Analogtors 12. Fig. 12b zeigt eine Signalform eines Laserdioden-Eingangsstroms I, der ein den Laserdioden LD1-LDn zugeführter Strom ist. Fig. 13c ist eine Signalform einer Laserdioden-Anlegespannung V, welche eine an die Laserdioden LD1-LDn angelegte Spannung ist.

Wenn das Signal PL zum Zeitpunkt T1 eingeschaltet wird, schaltet das Schaltelement 2 ein. Dann nimmt der Strom I durch den Induktivitätswert der Induktivität 4 mit einer festen Zeitkonstante zu. Wenn der Strom I der Induktivität 4 zum Zeitpunkt T2 den Befehlswert ITH erreicht, wird das Schaltelement 2 an/aus-gesteuert, um den Strom I auf diesem konstanten Wert zu halten. Hierbei wird die Ausgabe des Detektors 9 in den Komparator 10 eingegeben und mit dem Befehlswert ITH verglichen, so daß der Strom mit dem gleichen Wert wie der Befehlswert ITH durch die Schaltsteuerung zugeführt wird. Wenn zum Zeitpunkt T3 das Signal PL ausgeschaltet wird, schaltet das Schaltelement 2 ab. Dann fängt der Strom I der Induktivität 4 an, mit fester Zeitkonstante abzunehmen. Da die Induktivität 4 Energie speichert, was von dem Induktivitätswert und dem Stromwert bestimmt wird, ist der Strom I erst zum Zeitpunkt T4 abgeschaltet. Der Induktivitätswert der Induktivität 4 speichert die Energie zwischen den Zeiten T1 und T2 während der Strom I zunimmt. Daher, im Fall, daß der Induktivitätswert groß ist, dauert dies lange. Insbesondere, wenn zwischen den Zeitpunkten T5-T6 ein schmaler Puls ausgegeben wird, kann der Strom I kein Rechtecksignal bilden, wie durch das Ausgabestrom-Signal III zwischen den Zeitpunkten T5-T7 gezeigt.

Die konventionelle Steuervorrichtung kann nämlich keinen Eingabestrom eines Rechtecksignals den Laserdioden LD1-LDn ansprechend auf eine kurze Pulsbreite zuführen. Somit hat der Ausgabestrom eine langsame Ansprechgeschwindigkeit, und es ist unmöglich, eine korrekte Pulsstrom-Signalform auszugeben.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Energiequellen-Steuervorrichtung für eine Laserdiode zu schaffen, welche bei der Stromzufuhr zu einer Laserdiode schnell anspricht.

Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung umfaßt eine Energieversorgungs-Steuervorrichtung für eine Laserdiode eine Laserdiode. Eine Konstantstromquelle-Schaltung liefert einen konstanten Strom zur Laserdiode. Ein Schaltelement ist parallel zwischen einer Anode und einer Kathode der Laserdiode angeschlossen. Eine Kurzschluß-Schaltung ist vorgesehen, um einen Durchlaß-Spannungsabfall des Schaltelementes niedriger einzustellen als einen Durchlaß- Spannungsabfall der Laserdiode. Die Kurzschluß-Schaltung schaltet das Schaltelement so ein, daß die Anode und Kathode der Laserdiode kurzgeschlossen werden, wenn ein Laserausgabe- Befehlssignal, welches dazu dient, die Laserdiode einen Laserstrahl ausstrahlen zu lassen, aus ist. Die Kurzschluß­ schaltung schaltet das Schaltelement aus, um die Laserdiode dazu zu bringen, den Laserstrahl auszustrahlen, wenn das Laserausgabe-Befehlssignal an ist.

Mit solchen Merkmalen kann die Stromveränderung (di/dt), die in der Induktivität ist, im wesentlichen ignoriert werden, so daß ebenfalls der Einfluß aufgrund des Induktivitätswertes ignoriert werden kann. Somit können Konstantstrompulse mit steilem Anstieg und Abfall zugeführt werden. Folglich zeigt der der Laserdiode zugeführte Strom ein schnelles Ansprechen. Darüber hinaus wird keine Umkehrspannung an die Laserdiode angelegt. Daher ist es möglich, eine Steuervorrichtung zu schaffen, welche durch Energieversorgung- Spannungsveränderungen nur wenig beeinflußt wird.

Die Konstantstromquelle-Schaltung kann ein Stromsteuer- Schaltelement und eine Diode enthalten, welche in Reihe geschaltet sind. Eine Gleichspannungs-Energieversorgung ist parallel mit dem Stromsteuer-Schaltelement und der Diode verbunden. Eine Induktivität hat ein Ende, welches mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromsteuer-Schaltelement und der Diode verbunden ist. Die Gleichspannungs-Stromquelle und das andere Ende der Induktivität sind mit der Laserdiode verbunden. Das Stromsteuer-Schaltelement führt eine An/Aus-Steuerung so durch, daß ein Stromwert der Induktivität gleich einem Befehlswert ist, wodurch der Laserdiode oder dem Kurzschluß ein vorbestimmter Strom zugeführt wird. Mit diesen Merkmalen glättet die Induktivität den Strom, welcher durch die An/Aus-Signale des Stromsteuer-Schaltelementes erzeugt wird. Somit hat der Strom eine geringe Welligkeit. Folglich ist die Schaltung bei geringen Kosten leicht zu konfigurieren.

Das Stromsteuer-Schaltelement kann im voraus eingeschaltet werden, wenn das Laserausgabe-Befehlssignal aus ist, so daß der Stromwert der Induktivität gleich dem Befehlswert ist, wonach das Laserausgabe-Befehlssignal eingeschaltet wird. Das Stromsteuer-Schaltelement wird abgeschaltet, nachdem das Laserausgabe-Befehlssignal abgeschaltet wird. Mit diesen Merkmalen zeigt der Strom, welcher der Laserdiode zugeführt wird, einen sehr steilen Anstieg und Abfall. Es ist möglich, Konstantstrompulse zu erhalten, welche ansprechend auf das Laserausgabe-Befehlssignal ein schnelles Ansprechen zeigen. Folglich kann aus der Laserdiode eine Laserausgabe zur gewünschten Zeit erhalten werden.

Eine in Sperrichtung geschaltete Diode und/oder ein Widerstand können parallel zur Laserdiode geschaltet sein, an einer Position in der Nähe der Laserdiode. Mit diesen Merkmalen zeigt der Konstantstrom, welcher der Laserdiode zugeführt wird, einen sehr steilen Anstieg und Abfall. Somit wird verhindert, daß eine Umkehrspannung bzw. Sperrspannung angelegt wird aufgrund des oszillierenden Stroms, der durch die Eigeninduktivität der Zuführungsdrähte in der Schaltung, der Kapazität des Schaltelementes oder der Laserdiode, der Streukapazität zwischen den Zuführungsdrähten usw. erzeugt wird. Folglich kann die Schaltung kaum beschädigt werden.

Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Laserdioden in Reihe geschaltet sein. Dann sind die Diode und/oder der Widerstand parallel mit jeder Laserdiode verbunden. Die Widerstände haben den gleichen Widerstandswert. In diesem Fall gleichen die Widerstände Spannungen zwischen den Laserdioden während einer Aus-Zeit aus, indem sie die Spannungen durch den gleichen Widerstandswert teilen. Folglich wird verhindert, daß sich die Spannung an einer bestimmten Laserdiode konzentriert. Darüber hinaus verhindert der Widerstand eine Oszillation des Oszillationsstroms.

Die Energieversorgungsspannung der Konstantenergieversorgungs-Schaltung kann ungefähr zweimal so groß sein wie der Gesamtwert des Durchlaßspannungsabfalls der Laserdiode. Mit diesem Merkmal wird der Stromanstieg und Stromabfall der Induktivität im wesentlichen gleich, wenn das Stromsteuer-Schaltelement ein- und ausgeschaltet wird. Somit wird ein Mittelwert des Stroms, welcher durch das Stromsteuer-Schaltelement und die Laserdiode fließt, gleich. Folglich wird der Strom gemittelt, und eine Energieversorgung hoher Leistung kann mit geringen Kosten hergestellt werden.

Ein Festkörperlasermedium kann durch die Laserstrahlausgabe aus der Laserdiode angeregt werden, um dadurch einen Laserstrahl zu erzeugen. Mit diesem Merkmal wird die Ausgabestrom-Signalform nicht durch die Gleichstromschwankung beeinflußt. Somit ist es möglich, der Laserdiode einen ausreichend stabilen Pulsstrom zuzuführen, selbst wenn die Spannung schwankt, sogar, wenn die Quellenspannung nur durch Gleichrichten eines kommerziellen Wechselstroms erhalten wird. Dann regt der Ausgabelaser das Festkörperlasermedium, wie einen YAG-Laserstab an, um dadurch die Laseroszillation zu bewirken. Folglich kann ein Laserstrahl mit hoher Effizienz ausgegeben werden. Darüber hinaus ist es möglich, einen Laserstrahl zu erzeugen, welcher von dem schnell ansprechenden Pulsstrom gepulst wird. Ein solcher Laserstrahl hat gute Eigenschaften für eine Laserbearbeitung.

Gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung umfaßt eine Energieversorgungs-Steuervorrichtung für eine Laserdiode eine Laserdiode. Ein Schaltelement ist parallel zwischen einer Anode und einer Kathode der Laserdiode angeschlossen. Eine Treiberschaltung treibt die Laserdiode. Ein Kühler wird durch Zusammenbau von Metallplatten hergestellt. Die Laserdiode, das Schaltelement und die Treiberschaltung sind auf dem Kühler montiert.

Mit diesen Merkmalen können elektrische Teile, die leicht erwärmt werden, direkt und kompakt auf dem Kühler montiert werden. Sonst, wenn eine gedruckte Platte bzw. Leiterplatte verwendet wird, können solche elektrischen Teile durch die gedruckte Platte auf dem Kühler kompakt montiert werden. Daher ist es möglich, eine konstante thermische Bedingung für die elektrischen Teile zu schaffen. Folglich verändert sich die angelegte Spannung nicht, und die An/Aus-Steuerung kann mit gutem Ansprechen durchgeführt werden.

Der Kühler kann eine Elektrode definieren. Ein jeweiliges Ende der Laserdiode und des Schaltelementes ist elektrisch und mechanisch mit dem Kühler verbunden. Eine weitere Elektrode ist zwischen der Laserdiode und dem Schaltelement angeordnet. Die andere Elektrode ist von dem Kühler isoliert. Das jeweils andere Ende der Laserdiode und des Schaltelementes ist elektrisch mit der anderen Elektrode verbunden. Durch diese Merkmale wird die Verdrahtungslänge von der Elektrode zur Laserdiode und zum Schaltelement kurz. Somit kann der Wert der Selbstinduktivität verringert werden.

Eine Antriebssteuerschaltung ist auf dem Kühler angeordnet, um das Schaltelement und die Laserdiode anzutreiben und zu steuern. Mit diesem Merkmal kann eine Leistungsmodul klein und kompakt gemacht werden, was die Handhabung erleichtert.

Ein Kühlrohr kann vorgesehen sein, in welchem Kühlwasser zirkuliert. Das Kühlwasser fließt in dem Kühlrohr, um den Kühler zu kühlen. Mit diesem Merkmal wird die Kühleffizienz verbessert.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen bevorzugte Ausführungen der Erfindung gezeigt werden.

Fig. 1 ist ein Schaltbild, welches eine Gesamtschaltung einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung für eine Laserdiode gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt.

Fig. 2a-2e zeigen ein Zeitdiagramm und Signalformen, um den Betrieb der Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung zu erklären.

Fig. 3 ist ein Schaltbild, welches eine Hauptschaltung auf einer Laserdiodenseite einer Energieversorgungs­ steuervorrichtung für Laserdioden gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt.

Fig. 4 ist ein Schaltbild, welches eine Hauptschaltung an einer Laserdiodenseite einer Energieversorgungs­ steuervorrichtung für Laserdioden nach einer dritten Ausführung der Erfindung zeigt.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht, welche ein Laserdiodenmodul zeigt, auf dem elektrische Teile montiert sind, zur Verwendung in einer Energieversorgungs­ steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung.

Fig. 6 ist eine Planansicht, welche das Laserdiodenmodul der Fig. 5 zeigt.

Fig. 7 ist eine Perspektivansicht, welche ein spezifisches Schaltelement zeigt, das in einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach einer fünften Ausführung der Erfindung verwendet wird.

Fig. 8 ist eine Planansicht, welche ein Laserdiodenmodul zeigt, auf dem elektrische Teile montiert sind zur Verwendung in einer Energieversorgungs- Steuervorrichtung nach einer fünften Ausführung der Erfindung.

Fig. 9 ist eine Planansicht, welche ein Laserdiodenmodul zeigt, auf dem elektrische Teile montiert sind zur Verwendung in einer Energieversorgungs­ steuervorrichtung nach der sechsten Ausführung der Erfindung.

Fig. 10 ist eine Planansicht, welche ein Laserdiodenmodul zeigt, auf dem elektrische Teile montiert sind, zur Verwendung in einer Energieversorgungs- Steuervorrichtung nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X der Fig. 10.

Fig. 12 ist ein Schaltbild, welches eine Gesamtschaltung einer konventionellen Energieversorgungs­ steuervorrichtung für Laserdioden zeigt.

Fig. 13a-13d zeigen Signalformen und ein Zeitdiagramm, welche den Betrieb der Steuervorrichtung der Fig. 12 erklären.

Im folgenden werden mehrere Ausführungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gleiche Elemente wie im konventionellen Fall der Fig. 12 und 13a-13c tragen die gleichen Bezugszeichen. Darüber hinaus werden gleiche Bezugszeichen durch die Beschreibung hindurch verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen.

Fig. 1 veranschaulicht eine Gesamtschaltung einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung für Laserdioden gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung.

In Fig. 1 kann das Stromsteuer-Schaltelement 2 ein MOSFET, IGBT, SIT oder ein anderer Transistor sein. Das Schaltelement 2 ist mit einer positiven Seite der Energieversorgung 1 verbunden und führt aufgrund eines später beschriebenen äußeren Antriebssignals ST und einer Ausgabe des Stromdetektors 9 eine Schaltoperation durch. Die Diode 3 dient als Schwungrad für eine unten beschriebene Schaltung, welche die Induktivität 4 und die Laserdioden LD1-LDn usw. enthält. Sie kann eine einzige Laserdiode oder mehrere in Reihe geschaltete Laserdioden haben. Ein Anschluß der Induktivität 4 ist mit einem Verbindungspunkt A zwischen dem Schaltelement 2 und der Diode 3 verbunden. Der andere Anschluß der Induktivität ist mit der Anodenseite der Laserdioden LD1-LDn verbunden. Der Ausgangsanschluß DA wird durch einen Verbindungspunkt zwischen der Induktivität 4 und der Anode der Laserdioden LD1-LDn definiert. Die Kathodenseite der Laserdioden LD1-LDn ist mit einem Verbindungspunkt B zwischen der Energieversorgung 1 und der Diode 3 verbunden. Der Ausgangsanschluß DK wird durch einen Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Laserdiode LD1-LDn und dem Verbindungspunkt B definiert. Die Ausgangsanschlüsse DA und DK bilden Ausgangsanschlüsse einer Konstantstromquellen-Schaltung 100. Die Anschlüsse DA und DK sind mit den Laserdioden LD1-LDn jeweils durch einen Anodenseitenzuführdraht 31 und eine Kathodenseiten- Zuführungsdraht 32 verbunden.

Normalerweise werden Eigeninduktivitäten L31 und L32 auf den Zuführungsdrähten 31 und 32 jeweils zwischen dem Anschluß DA und den Laserdioden LD1-LDn und zwischen dem Anschluß DK und den Laserdioden LD1-LDn erzeugt.

Ein Schaltelement TR1-TRn ist zwischen der Anode und Kathode jeder der Laserdioden LD1, LD2-LDn angeschlossen. Das Schaltelement TR1-TRn schaltet ein, um die jeweilige Laserdiode LD1-LDn kurzzuschließen, wenn es an ist. Das Schaltelement TR1-TRn kann aus Transistoren bestehen, wie einem MOSFET, IGBT und SIT. Ein Widerstandswert oder ein Durchlaßspannungsabfall des Schaltungselementes TR1-TRn ist niedriger als 1,5-2,0 V, was eine Durchlaßspannung der Laserdioden LD1-LDn ist. Im Fall, daß die Schaltelemente TR1-TRn eingeschaltet werden, um die entsprechenden Laserdioden LD1-LDn kurzzuschließen, fließt kein Strom durch die Laserdioden LD1-LDn.

Um den Laserdioden LD1-LDn oder Schaltelementen TR1-TRn Strom zuzuführen, erfaßt der Stromdetektor 9 den Strom der Induktivität 4. Dann führt das Schaltelement 2 eine Schaltsteuerung auf der Grundlage der Ausgabe aus dem Komparator 10 durch, auf ähnliche Weise wie beim zuvor erwähnten Stand der Technik. Somit hat der zugeführte Strom einen Wert, der gleich dem Befehlswert ITH ist. Bei der vorliegenden Ausführung wird das Analogtor 12 zum Ein- und Ausschalten des Befehlswertsignals ITH durch ein Antriebssignal ST betrieben. Das Analogtor 12 wird nämlich durch das Antriebssignal ST ein/aus-gesteuert, welches den Start und Stop des Laserstrahls 8 bestimmt. Somit wird das Schaltelement durch die Ausgabe aus dem Komparator 10 ein/aus-gesteuert, um den Strom der Induktivität 4 und den Befehlswert ITH gleich zu machen.

Die Konstantstromschaltung 100 bildet die oben erwähnte Schaltung, welche so steuert, daß der Strom der Induktivität 4 gleich dem Befehlswert ITH ist. Die Schaltung 100 hat den Anschluß DA am anderen Ende der Induktivität 4 und den Anschluß DK auf der Kathodenseite der Energieversorgung 1. Die Schaltung 100 besteht aus dem Komparator 10, dem Schaltelement 2, der Induktivität 4 und dem Detektor 9. Ihr Ausgabestrom wird den Dioden LD1-LDn oder Schaltelementen TR1-TRn durch Drähte 31 und 32 zugeführt, aus den Anschlüssen DA und DK.

Die Zeiten des Antriebssignals ST sind so berechnet, daß es zumindest vor einem Anstieg eines Laserausgabe-Befehlssignals PO ansteigt, und sogar vor einem Anstieg des Ausgabestroms aus der Energieversorgung 1, was von der Zeitkonstante der Induktivität 4 bestimmt wird. Das Signal PO definiert ein Signal zur Ausgabe des Laserstrahls 8 aus den Laserdioden LD1-LDn. Die Antriebssignale ST können nämlich nacheinander erzeugt werden durch eine wiederholte Pulsfrequenz fester Pulsbreite, wenn die Energie eingeschaltet wird. Sonst kann ein Antriebssignal ST fester Pulsbreite ansteigen vor dem Anstieg des Signals PO durch Verzögern des Signals PO. Im übrigen sind andere Modifikationen möglich, so lange der Induktivität 4 ein Strom des befohlenen Wertes ITH oder dessen ungefährer Wert durch das Antriebssignal ST vor dem Befehlssignal PO bzw. dessen Anstieg zugeführt wird. Zusätzlich muß das Antriebssignal ST nach einem Abfall des Befehlssignals PO enden.

Eine UND-Schaltung 21 erzeugt ein logisches Produkt des Befehlssignals PO und des Antriebssignals ST, um die Schaltelemente TR1-TRn durch Invertierschaltungen IN1-INn und Treiberschaltungen DR1-DRn zu betreiben. Das bedeutet, wenn sowohl das Signal ST als auch das Signal PO erzeugt wird, ein Ausgang der UND-Schaltung 21 "H" wird. Das Ausgangssignal wird durch die Invertierschaltungen IN1-INn invertiert und von den Antriebsschaltungen DR1-DRn verstärkt. Somit werden die Schaltelemente TR1-TRn abgeschaltet. Wenn das Signal ST oder das Signal BO nicht erzeugt wird, wird der Ausgang der UND-Schaltung 21 zu "L" und von den Invertierschaltungen IN1-INn invertiert, so daß die Treiberschaltungen DR1-DRn die Schaltelemente TR1-TRn einschalten.

Die UND-Schaltung 21, Invertierschaltungen IN1-INn, und Treiberschaltungen DR1-DRn bilden eine Signalverarbeitungsschaltung 150 der vorliegenden Ausführung zur Steuerung des Betriebs der Laserdioden LD1-LDn.

Wie oben erwähnt, wenn die Schaltelemente TR1-TRn abgeschaltet sind, wird der Ausgabestrom aus der Schaltung 100 den Laserdioden LD1-LDn zugeführt. Andererseits, wenn die Schaltelemente TR1-TRn eingeschaltet sind, wird der Ausgangsstrom den Schaltelementen TR1-TRn zugeführt. Der Strom wird jedoch nicht den Laserdioden LD1-LDn zugeführt. Somit ist es möglich, den in den Laserdioden LD1-LDn fließenden Strom mit hoher Geschwindigkeit zu schalten, obwohl der Strom aus der Schaltung 100 konstant ist.

Die Laserdioden LD1-LDn arbeiten für sich genommen auf die gleiche Weise wie im Stand der Technik. Es wird bevorzugt, über die Zahl der Laserdioden LD1-LDn in Abhängigkeit von einer gewünschten Laserausgangsleitung zu entscheiden. Obwohl es ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird, können sperrgeschaltete Dioden D1-Dn und Widerstände R1-Rn jeweils parallel zu den Laserdioden LD1-LDn geschaltet sein. Sonst kann die in Sperrichtung geschaltete Diode D1-Dn oder der Widerstand R1-Rn parallel mit jeder der Laserdioden LD1-LDn geschaltet sein. Solche in Sperrichtung geschaltete Dioden D1-Dn und Widerstände R1-Rn dienen als Schwungrad (fly wheel). Daher können die Diode D1-Dn oder der Widerstand R1-Rn allein abhängig von der Größe der elektromotorischen Kraft in Sperrichtung (Umkehrrichtung) verwendet werden.

Die Fig. 2a-2e zeigen ein Zeitdiagramm und Signalformen, um einen Betrieb der Steuervorrichtung nach der ersten Ausführung der Erfindung zu erklären.

Fig. 2a zeigt eine Signalform des Antriebssignals ST. Fig. 2b zeigt eine Signalform eines Ausgangsstroms aus der Energieversorgung. Fig. 2c zeigt eine Signalform des Befehlssignals PO. Fig. 2d zeigt eine Signalform eines den Laserdioden LD1-LDn zugeführten Stroms. Fig. 2e zeigt eine Signalform eines elektrischen Potentials der negativen Seite der Energieversorgung und des Anschlusses DA.

Das in Fig. 2a gezeigte Antriebssignal ST wird zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet ("H") und zum Zeitpunkt t6 ausgeschaltet ("L"). Wenn es keine Laserausgabe gibt, ist das Befehlssignal PO zum Zeitpunkt tl ausgeschaltet ("L"), wie in Fig. 2c gezeigt. Somit ist der Ausgang der UND-Schaltung 21 auf "L" und die Schaltelemente TR1-TRn sind eingeschaltet. Da die Schaltelemente TR1-TRn eingeschaltet sind, fließt der Strom aus der Schaltung 100 durch die Schaltelemente TR1-TRn. Hierbei fließt kein Strom durch die Laserdioden LD1-LDn, welche einen größeren Durchlaßspannungsabfall haben.

Wenn das Antriebssignal SD auf H zugeht, schaltet das Analogtor 12 ein. Dann schaltet das Schaltelement 2 durch den Komparator 10 ein. Dadurch nimmt der Strom mit der Zeitkonstante der Induktivität 4 zu, wie durch eine ansteigende Signalform I21 des Ausgangsstroms aus der Energiequelle 1 in Fig. 2b gezeigt. Wenn der Stromwert den Befehlswert ITH erreicht, beginnt das Schaltelement 2 mit der Wiederholung des Ein- und Ausschaltens, um den Strom auf dem festen Befehlswert ITH zu halten, wie durch die Signalform I22 gezeigt. Hierbei fließt ein Strom festen Pegels durch die Schaltelemente TR1-TRn. Es fließt kein Strom durch die Laserdioden LD1-LDn bis das Befehlssignal PO auf "H" geht.

Die Spannung des Anschlusses DA ist nur der Spannungsabfall der Schaltelemente TR1-TRn. Wie in Fig. 2e gezeigt, ist der Spannungsabfall proportional zur ansteigenden Signalform I21 und dem folgenden Befehlswert ITH.

Wenn im Zeitpunkt T2 das Signal PO zu "H" wird, wie in Fig. 2c gezeigt, schalten die Schaltelemente TR1-TRn aus, und es fließt kein Strom durch sie hindurch. Dann fließt der Strom durch die Laserdioden LD1-LDn. Hierbei, obwohl der Stromfluß durch die Schaltelemente TR1-TRn schnell auf die Laserdioden LD1-LDn geschaltet wird, ist der von der Stromschaltung I angelegte Stromwert konstant. Eine Stromschaltgeschwindigkeit wird durch eine Abschaltzeit der Schaltelemente TR1-TRn bestimmt. Die gibt keine Veränderung des durch die Induktivität 4 fließenden Stroms (di/dt) oder diese kann im wesentlichen ignoriert werden, so daß der Induktivitätswert der Induktivität 4 keinen Einfluß hat. Daher, wie durch die Laserdioden-Eingangsstromsignalform 131 in Fig. 2d gezeigt, nimmt der Strom sehr schnell zu. Insbesondere besteht kein Einfluß der Eigeninduktivitäten L31, L32 der Zuführungsdrähte 31, 32. Hierbei ist die Spannung des Anschlusses DA annähernd die gleiche wie der Durchlaßspannungsabfall der Laserdioden LD1-LDn, und höher als der Durchlaßspannungsabfall der Schaltelemente TR1-TRn. Während dieses Stromschaltens wird an die Laserdiode LD1-LDn nur eine positive Spannung angelegt, und es wird an sie keine negative Spannung angelegt. Daher ist es möglich, die Laserdioden LD1-LDn sicher und schnell zu betreiben, da die Laserdioden empfindlich sind auf negative Spannung und durch diese beschädigt werden könnten.

Wenn das Signal PO zum Zeitpunkt t3 auf "L" schaltet, werden die Schaltelemente TR1-TRn eingeschaltet. Dann wird der Strom aus der Schaltung 100 den Schaltelementen TR1-TRn zugeführt, während ein Fluß durch die Laserdioden LD1-LDn aufhört. Zu diesem Zeitpunkt kann der Stromfluß von den Laserdioden LD1-LDn mit hoher Geschwindigkeit auf die Schaltelemente TR1-TRn verändert werden, so daß der Strom konstant gehalten wird.

Eine Schaltgeschwindigkeit wird hierbei durch die Einschaltzeit der Schaltelemente TR1-TRn bestimmt. Dann wird die Spannung am Anschluß DA gleich dem Durchlaßspannungsabfall der Schaltelemente TR1-TRn. Während dieses Stromschaltens wird nur eine positive Spannung an die Laserdiode LD1-LDn angelegt, so daß diese sicher und schnell betrieben werden.

Wie oben erwähnt, gibt es in der Induktivität 4 beim Schalten des Stroms zwischen den Laserdioden LD1-LDn und den Schaltelementen TR1-TRn keine Stromveränderung. Daher hat der Induktivitätswert der Induktivität 4 keinen Einfluß, so daß der Stromanstieg und Stromabfall sehr schnell ist, wie in Fig. 2d gezeigt. Somit, selbst wenn das Signal PO eine schmale Breite zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 hat, kann den Laserdioden LD1-LDn ein korrekter Pulsstrom zugeführt werden.

Wenn das Signal ST zum Zeitpunkt t6 ausgeschaltet wird, schaltet das Schaltelement 2 ab. Dann zirkuliert der Strom der Induktivität 4 durch die Induktivität 4, die Schaltelemente TR1-TRn und die Diode 3, wodurch er allmählich abnimmt, wie durch eine Signalform I23 in Fig. 2b gezeigt. Der abnehmend Strom der Induktivität 4 hat keinen Einfluß auf die Laserdioden LD1-LDn.

Das Schaltelement TR1-TRn definiert eine Kurzschluß-Schaltung der vorliegenden Ausführung, welche die Laserdioden LD1-LDn kurzschließt, wenn es kein Signal PO gibt, während die Laserdioden LD1-LDn betrieben werden, wenn es ein Signal PO gibt.

Wie oben beschrieben, arbeitet die Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführung im Grunde genommen wie folgt. Als erstes schaltet sie das Signal ST auf "H" und schaltet das Signal PO an und aus, nachdem der Strom der Induktivität 4 den Befehlswert ITH erreicht. Dann schaltet sie das Signal ST auf "L" nach dem Abschalten des Signals PO. Daher kann den Laserdioden LD1-LDn stets ein Eingangsstrom als Pulssignal zugeführt werden, welcher schnell ansteigt und abfällt und einen Spitzenwert hat, der gleich dem Befehlswert ITH ist. Darüber hinaus, selbst wenn die Anschlüsse DA, DK von den Laserdioden LD1-LDn weit entfernt sind, haben die Eigeninduktivitäten L31 und L32 der Zuführungsdrähte 31 und 32 keinen Einfluß, und ein schnelles Ansprechen des Stroms wird erzielt. Daher ist die Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführung selbst bei einem Hochleistungs- Laseroszillator wirksam, nämlich in dem Fall, daß der Abstand zwischen den Anschlüssen DA und DK und den Laserdioden LD1-LDn groß ist und der Eingangsstrom der Laserdioden LD1-LDn groß ist. Darüber hinaus widersteht die Steuervorrichtung dem Einfluß von Energiequellen-Spannungsschwankungen, während sie bei der Zuführung von Strom zu den Laserdioden LD1-LDn ein schnelles Ansprechen zeigt. Ferner, da Konstantstrompulse mit hohem Ansprechen erhältlich sind, ansprechend auf das Befehlssignal PO, kann eine korrekte Laserausgangsleistung aus den Laserdioden LD1-LDn1 erhalten werden. Zusätzlich glättet die Induktivität 4 den von dem Schaltelement 2 erzeugten Konstantstrom, so daß der Konstantstrom eine geringe Welligkeit hat. Folglich ist die Konstantenergieversorgungsschaltung der vorliegenden Ausführung einfach und kostengünstiger als eine konventionelle Konstantenergieversorgungsschaltung zur Steuerung eines Stroms auf einen konstanten Pegel.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Hauptschaltung auf einer Laserdiodenseite einer Energieversorgungssteuervorrichtung für Laserdioden gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung. Bei dieser Ausführung sind halb so viele Schaltelemente wie Laserdioden LD1-LDn vorgesehen. Andererseits zeigt Fig. 4 ein Schaltbild einer Hauptschaltung auf einer Laserdiodenseite einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung für Laserdioden gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung. Bei dieser Ausführung ist ein einziges Schaltelement vorgesehen für die Laserdioden LD1-LDn.

Während bei der ersten Ausführung ein Schaltelement mit jeder der Laserdioden verbunden ist, kann die Zahl der Schaltelemente verringert werden. Ein Schaltelement kann nämlich parallel zu zwei oder mehr Laserdioden geschaltet werden. In einem solchen Fall werden mehrere Laserdioden kurzgeschlossen bzw. zusammen betrieben entsprechend dem An- oder Aus-Zustand eines entsprechenden Schaltelementes. Die Fig. 3 und 4 zeigen solche Modifikationen. In Fig. 3 ist ein Schaltelement TR1-TRn/2 parallel mit zwei Laserdioden LD1-LDn verbunden. In Fig. 4 ist ein Schaltelement TR parallel mit allen Laserdioden LD1-LDn geschaltet. In der Ausführung der Fig. 4 kann die Vielzahl von Laserdioden LD1-LDn durch die geringste Anzahl von Schaltelementen TR1 kurzgeschlossen werden, so daß die Schaltung kostengünstig hergestellt werden kann.

Darüber hinaus, insbesondere dort, wo mehrere Laserdioden LD1-LDn in Reihe verbunden sind, wird eine Spannung an einem Verbindungspunkt manchmal instabil, wenn eine Spannung in Sperrichtung angelegt wird. Daher sind in beiden Ausführungen eine Diode D1-Dn als Sperrspannungsverhinderungs-Diode und ein Widerstand R1-Rn parallel als Paar mit jeder der Laserdioden LD1-LDn geschaltet. Die Diode D1-Dn ist vorzugsweise eine, welche eine niedrige Durchlaßspannung hat und zu einem Hochgeschwindigkeitsschalten fähig ist, wie eine Schottky-Diode. Der Widerstand R1-Rn ist vorzugsweise einer, welcher einen niedrigen Widerstandswert von weniger als 100 Ω hat. Selbst wenn ein solcher Widerstand R1-Rn mit niedrigem Widerstandswert verwendet wird, ist die Durchlaßspannung der Laserdiode LD1-LDn ungefähr 2V, so daß der Energieverbrauch gering ist und ignoriert werden kann.

In den zweiten und dritten Ausführungen nimmt der Ausgangsstrom aus der Steuervorrichtung schnell zu und fällt schnell ab. Folglich ist es möglich, daß ein oszillierender Strom erzeugt wird, aufgrund einer Kapazität der Laserdioden LD1-LDn oder einer Streukapazität der Verdrahtung oder dergleichen. Daher ist die Diode D1-Dn umgekehrt an jede Laserdiode LD1-LDn angeschlossen. Somit wird eine Spannung in Sperrichtung verhindert und die Laserdioden LD1-LDn werden vor Schaden geschützt. Die Widerstände R1-Rn haben den gleichen Widerstandswert und gleichen die Spannung zwischen den Laserdioden LD1-LDn aus, so daß eine Spannungskonzentration an einer bestimmten Laserdiode LD1-LDn verhindert wird. Wenn Strom durch die Laserdioden LD1-LDn fließt, selbst wenn ein Widerstand mit niedrigem Widerstandswert verwendet wird, ist der Energieverbrauch so klein an der Laserdiode, daß er ignoriert werden kann. Darüber hinaus dient er zur Verhinderung einer Oszillation des Oszillationsstroms. Selbstverständlich werden die gleichen Wirkungen erzielt, wenn sowohl die Dioden D1-Dn als auch die Widerstände R1-Rn angeschlossen sind. Die Laserdiode LD1-LDn und das Schaltelement TR1-TRn sind jedoch parallel verbunden und werden in der Erfindung wechselweise verwendet. Daher besteht kein Problem, da bei normaler Verwendung an sie keine Sperrspannung angelegt wird, selbst wenn die Diode D1-Dn oder der Widerstand R1-Rn verwendet werden. Ferner, selbst wenn weder die Diode D1-Dn noch der Widerstand R1-Rn verwendet werden, können die gleichen Wirkungen erzielt werden.

Wenn die Spannung der Energieversorgung 1 im Verhältnis zur Durchlaßspannung der in Serie geschalteten Laserdioden LD1-LDn höher ist, wird die Anstiegsgeschwindigkeit schneller. Eine solche Spannung hat jedoch nichts mit der Abfallgeschwindigkeit zu tun. Andererseits wird eine übermäßig hohe Spannung der Energieversorgung 1 nicht bevorzugt, da diese den Schaltverlust des Schaltelementes 2 erhöht und das Rauschen verstärkt. Es ist vorzuziehen, daß die Spannung der Energieversorgung 1 beinahe doppelt so groß eingestellt wird wie der gesamte Durchlaßspannungsabfall der Laserdioden LD1-LDn. In diesem Fall werden die Stromzunahme und -abnahme der Induktivität 4 gleich, wenn das Schaltelement 2 ein- und ausschaltet. Somit wird ein Durchschnittsstrom, welcher durch das Schaltelement 2 und die Diode 3 fließt, gleich, so daß der Strom gleichmäßig wird. Daher ist es möglich, die Energieversorgung 1 mit einer hohen Ausgangsleistung bei niedrigen Kosten herzustellen. Die Quellenspannung muß nicht genau "doppelt" so groß sein wie der Gesamt-Durchlaßspannungsabfall der Laserdioden LD1-LDn. Es wurde durch die Erfinder bestätigt, daß kein negativer Einfluß erzeugt wurde, wenn die Quellenspannung ungefähr 1,5 bis 3 mal so groß war.

Wie oben erwähnt, hat die Steuervorrichtung gemäß jeder Ausführung eine optimale Gleichspannung. Die Veränderung bzw. Schwankung der Gleichspannung hat jedoch keinen Einfluß auf die Ausgabestrom-Signalform. Somit, selbst wenn eine Spannung verwendet wird, die lediglich durch Gleichrichten der kommerziellen Wechselspannung erzeugt wird, kann eine ausreichend stabiler Pulsstrom den Laserdioden LD-Ln zugeführt werden, unabhängig von der Schwankung der Spannung. Darüber hinaus wird den Laserdioden LD1-LDn Strom aus den Steuervorrichtungsversorgungen geliefert, um dadurch Laserstrahlen auszusenden. Solche Laserstrahlen regen das Festkörpermedium bzw. YAG-Laserstab an. Dann oszilliert das Laserlicht zwischen den gegenüberliegenden Spiegeln 6 und 7, so daß ein Laserstrahl 8 mit hoher Effizienz ausgesendet werden kann. Die Anregung des YAG-Lasers mit den Laserdioden LD1-LDn ist sehr effektiv. Darüber hinaus ist es möglich, den gepulsten Laserstrahl 8 zu erhalten, durch den Pulsstrom mit schnellem Ansprechen als Ausgabestrom aus der Steuervorrichtung.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines Laserdiodenmoduls, auf dem elektrische Teile montiert sind, für die Verwendung in einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung. Fig. 6 zeigte eine Planansicht des Laserdiodenmoduls der Fig. 5.

In Fig. 5 ist ein Signalverbinder 51 eine elektrische Verbindungseinrichtung zur Eingabe einer Ausgabe der UND- Schaltung 21 und der Inverterschaltung IN1 aus der Konstantstromschaltung 100. Eine Verstärkerschaltung 59 und Transistoren 52 einer Treiberschaltung DR1 verstärken die Ausgabe aus der Inverterleitung IN1. Dann wird die verstärkte Ausgabe an das Schaltelement TR1 ausgegeben. Das Modul wird auf den Fall angewendet, bei dem ein Schaltelement TR1 für eine Laserdiode LD1 verwendet wird, wie in Fig. 1 gezeigt. Selbstverständlich ist das Modul auf das andere Paar aus Schaltelement TR2-TRn und Laserdiode LD2-LDn auf die gleiche Weise anwendbar. Der Verbinder 51 und die Treiberschaltung DR1, welche sich leicht erwärmt, sind auf einer bedruckten Platte 53 montiert. Die bedruckte Platte 53 besteht aus einem thermisch leitfähigen Material und ist über einen Isolatorsockel 54, wie einem Klebstoff oder dergleichen, welcher ein elektrischer Isolator ist, an einem Kühler 60 angebracht und fixiert. Das Schaltelement TR1 ist auf dem Kühler 60 durch einen Klebstoff 50 oder Lötzinn fixiert, so daß sein Drain mit dem Kühler 60 elektrisch verbunden ist. Ein Source des Schaltelementes TR1 ist mit einer Elektrode 57 verbunden, welche über einen Isolatorsockel 56 an dem Kühler 60 festgemacht ist. Ein Gate des Schaltelementes TR1 ist mit den Transistoren 52 durch die bedruckte Platte 53 verbunden.

Der Kühler 60 besteht aus einem Gehäuse, welches durch den Zusammenbau von Metallplatten hergestellt wird. Ein Kühlrohr 61 ist mit dem Kühler 60 verbunden bzw. läuft durch diesen hindurch, um Kühlwasser zirkulieren zu lassen. Somit kühlt das in dem Kühlrohr 61 zugeführte Kühlwasser den gesamten Kühler 60. Der Kühler 60 ist mit dem Ausgangsanschluß DA der Schaltung 100 verbunden, so daß dem Kühler 60 von der Schaltung 100 ein positives elektrisches Potential gegeben wird. Darüber hinaus ist das Drain des Schaltelementes TR1 elektrisch und mechanisch mit dem Kühler 60 verbunden. Andererseits ist das Source des Schaltelementes TR1 mit der Elektrode 57 auf der negativen Elektrodenseite bzw. dem Ausgangsangschluß DK verbunden, während es durch den Isolator 56 von dem Kühler 60 elektrisch getrennt ist. Die Anode der Laserdiode LD1 ist über einen Klebstoff 58 oder Lötzinn auf dem Kühler 60 fixiert, um so mit dem Kühler 60 elektrisch verbunden zu sein. Andererseits ist die Kathode der Laserdiode LD1 mit der Elektrode 57 verbunden. Die Antriebsschaltung DR1 bildet in der vorliegenden Ausführung einen Teil der Signalverarbeitungsschaltung 150, welche die Laserdiode LD1 antreibt und steuert.

In der obigen Ausführung sind die Laserdiode LD1, das Schaltelement TR1 und die Treiberschaltung DR1 auf dem Kühler 60 montiert. Die elektrischen Teile, welche sich leicht erwärmen, können nämlich direkt und kompakt auf dem Kühler 60 angeordnet werden. Sonst können sie kompakt auf dem Kühler 60 über die bedruckte Platte 53 montiert werden. Daher ist der thermische Zustand solcher Teile konstant, so daß die An/Aus- Steuerung ohne Schwankung der angelegten Spannung und mit schnellem Ansprechen durchgeführt wird.

Ein Laserdiodenmodul 200A wird hergestellt durch Montieren der Laserdiode LD1 und des Schaltelementes PR1 auf dem gleichen Kühler 60. Bei dem Modul 200A fließt der Strom durch eine Spannung zwischen der Elektrode 57 als der Minuselektrode und dem Kühler 60 als der Pluselektrode. Somit ist es möglich, die Konfiguration von dem Signalverbinder 51 zur Antriebssteuerschaltung kompakt zu machen, nämlich das Schaltelement TR1 und die Laserdiode LD1.

Bei dieser Ausführung sind ein Ende der Laserdiode LD1 und das Schaltelement TR1 elektrisch und mechanisch mit dem Kühler 60 als einer positiven Elektrode verbunden. Die Elektrode 57, welche von dem Kühler 60 isoliert ist, ist zwischen ihnen angeordnet. Dann sind die anderen Enden der Laserdiode LD1 und des Schaltelementes TR1 mit der Elektrode 57 verbunden. Daher wird die Verdrahtungslänge zwischen der Elektrode 57, der Laserdiode LD1 und dem Schaltelement TR1 kurz, wodurch die Eigeninduktivität verringert wird.

Fig. 7 zeigt ein spezifisches Schaltelement, welches in einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführung der Erfindung verwendet wird. Fig. 8 zeigt eine Planansicht eines Laserdiodenmoduls, auf welchem elektrische Teile montiert sind, zur Verwendung in einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung gemäß der fünften Ausführung der Erfindung.

In den Fig. 7 und 8 wird ein spezifisches Schaltelement TR1x verwendet, während die Form einer gedruckten Platte in der fünften Ausführung modifiziert ist. Während die vierte Ausführung zwei gedruckte Platten 54 und 57 hat, hat die fünfte Ausführung eine einzige gedruckte Platte. Im Detail besteht die gedruckte Platte der fünften Ausführung aus einem ersten gedruckten Abschnitt 53a, einem zweiten gedruckten Abschnitt 53b und einem dritten gedruckten Abschnitt 53c. Der erste gedruckte Abschnitt 53a ist auf der linken Seite des Kühlers 60 angeordnet und trägt den Verbinder 51, die Verstärkerschaltung 59 und Transistoren 52. Der zweite gedruckte Abschnitt 53b erstreckt sich von dem ersten gedruckten Abschnitt 53a und sein hauptsächlicher Teil ist auf der rechten Seite des Kühlers 60 angeordnet, neben der Laserdiode LD1. Der dritte gedruckte Abschnitt 53c erstreckt sich von dem ersten gedruckten Abschnitt 53a zum Hauptteil des zweiten gedruckten Abschnitts 53b. Ein Isolatorsockel 54x der fünften Ausführung ist in der Gesamtheit zwischen der gedruckten Platte 53a-53c und dem Kühler 60 angeordnet, um diese elektrisch zu isolieren. Somit verbleibt ein Bereich, in dem der Kühler frei liegt.

Das Schaltelement TR1x hat ein Gehäuse, welches mechanisch an dem freigelegten Bereich des Kühlers 60 durch Löten festgemacht ist. Somit ist das Drain des Schaltelementes TR1x elektrisch mit dem Kühler 60 verbunden. Ein Gate des Schaltelementes TR1x ist elektrisch mit dem Transistor 52 über ein leitfähiges Muster verbunden, welches auf dem dritten gedruckten Abschnitt 53c gebildet ist. Ein Source des Schaltelementes TR1x ist elektrisch mit dem zweiten gedruckten Abschnitt 53d verbunden. Die Kathode der Laserdiode LD1 ist elektrisch mit einem leitfähigen Muster des zweiten gedruckten Abschnitts 52b durch Bonddrähte oder dergleichen verbunden. Die Anode der Laserdiode LD1 ist auf dem Kühler 60 fixiert, und so mit diesem über einen Klebstoff 58, Lötzinn oder dergleichen, elektrisch verbunden zu sein. Somit sind das Drain des Schaltelementes TR1x und die Anode der Laserdiode LD1 elektrisch mit der positiven Elektrode verbunden, während das Source des Schaltelementes TR1x und die Kathode der Laserdiode LD1 elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden sind.

Bei dieser Ausführung sind die Laserdioden LD1 und das Schaltelement TR1x ebenfalls mechanisch mit dem Kühler 60 verbunden, so daß ihre Anoden über den Kühler 60 miteinander elektrisch verbunden sind. Als Folge wird die Verdrahtungslänge zwischen der Laserdiode LD1 und dem Schaltelement TR1 kurz, wodurch die Eigeninduktivität verringert wird.

Darüber hinaus sind die Laserdiode LD1, das Schaltelement TR1x und die Treiberschaltung DR1 auf dem Kühler 60 montiert, wie in der vierten Ausführung. Daher können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erzielt werden.

Ferner hat ein Laserdiodenmodul 200B der fünften Ausführung insgesamt eine einfache Verdrahtung, so daß die Herstellungskosten verringert werden.

Fig. 9 zeigt eine Planansicht eines Laserdiodenmoduls, auf welchem elektrische Teile montiert sind, zur Verwendung in der Energieversorgungs-Steuervorrichtung gemäß der fünften Ausführung der Erfindung.

Die sechste Ausführung verwendet drei Laserdiodenmodule 200A, welche in Fig. 4 gezeigt sind. Drei Kühler 60-1, 60-2 und 60-3 der gleichen Konfiguration wie der Kühler 60 sind durch Isolatorsockel 80-1 und 80-2 miteinander verbunden und aneinander festgemacht. Der Isolatorsockel 80-1, 80-2 besteht aus einem synthetischen Harz, synthetischem Gummi oder dergleichen. Der Kühler 60-1 ist mit der positiven Elektrode elektrisch verbunden. Die Elektrode 57, die auf dem Kühler 60-1 montiert ist, ist elektrisch mit dem Kühler 60-2 des nächsten Moduls 200A durch Verdrahtung verbunden. Ähnlich ist die Elektrode 57, welche auf dem Kühler 60-2 montiert ist, elektrisch mit dem Kühler 60-3 verbunden. Die Elektrode 57, welche auf dem Kühler 60-3 montiert ist, ist elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden. Somit sind die drei Module 200A zu einem Körper vereint, um ein Laserdiodenmodul 200C der vorliegenden Ausführung zu definieren. Drei Laserdioden LD1, LD2 und LD3 sind bei der sechsten Ausführung vorgesehen, während die einzelne Laserdiode LD1 in der vierten oder fünften Ausführung verwendet wird. Folglich ist die Ausgangsleistung der Laserdioden LD1-LD3 dreimal so groß wie die Ausgangsleistung der einzelnen Laserdiode LD1. Während das Modul 200C der vorliegenden Ausführung drei Module 200A der Fig. 4 verwendet, kann es modifiziert werden, um zwei oder mehr Module 200A zu verwenden, je nach Wunsch. Gemäß der vorliegenden Ausführung ist eine Standartisierung möglich. Darüber hinaus ist eine große Laserausgangsleistung nach Wunsch erhältlich mit einer kompakten Struktur. Das Kühlrohr 61 ist von den Kühlern 60 elektrisch isoliert. Eine Peripherie des Kühlrohres 61 kann von einem Isoliermaterial umgeben sein. Sonst kann das Kühlrohr 61 selbst aus Isoliermaterial bestehen. Somit sind die Kühler 60 voneinander elektrisch isoliert.

Bei der sechsten Ausführung sind die drei Laserdioden LD1-LD3 elektrisch in Reihe verbunden. Dementsprechend sind drei Schaltelemente TR1-TR3 elektrisch zwischen den Anoden und Kathoden der Laserdioden LD1-LD3 jeweils angeschlossen. Darüber hinaus treiben drei Antriebsschaltungen DR1-DR3 der gleichen Konfiguration jeweils die Laserdioden LD1-LD3. Solche Laserdioden LD1-LD3, Schaltelemente TR1-TR3 und Treiberschaltungen DR1-DR3 sind auf dem Kühler 60 montiert, wie bei der vierten Ausführung. Daher können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erzielt werden.

Darüber hinaus wird die Verdrahtungslänge zwischen der Laserdiode LD1-LD3 mit dem Schaltelement TR1-TR3 kurz, wodurch die Eigeninduktivität verringert wird.

Fig. 10 zeigt ein Planansicht eines Laserdiodenmoduls, auf dem elektrische Teile montiert sind, zur Verwendung in einer Energieversorgungs-Steuervorrichtung gemäß einer siebten Ausführung der Erfindung. Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X der Fig. 10.

In Fig. 10 wird das einzelne Schaltelement TR1 dazu verwendet, die drei Laserdioden LD1-LD3 kurzzuschließen. Im Detail sind vier gedruckte Platten 74, 75, 76 und 77 auf einem Kühler 70 montiert, während sie von dem Kühler 70 und voneinander durch einen Isolatorsockel 71 elektrisch isoliert sind. Die gedruckte Platte 75 ist elektrisch mit der positiven Elektrode verbunden, während die gedruckte Platte 74 elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden ist. Der Signalverbinder 51 und die Treiberschaltung DR1 sind auf der gedruckten Platte 74 montiert. Das Drain des Schaltelementes TR1 (TRn) ist thermisch mit dem Kühler 70 verbunden. Beispielsweise ,ist das Drain mechanisch mit dem Kühler 70 durch Löten verbunden, um so Wärme zum Kühler 70 zu leiten. Darüber hinaus ist das Drain mit der positiven Elektrode über ein leitfähiges Muster auf der gedruckten Platte 75 elektrisch verbunden. Das Source des Schaltelementes TR1 ist über einen Bonddraht und ein leitfähiges Muster der gedruckten Platte 74 mit der negativen Elektrode elektrisch verbunden. Das Gate des Schaltelementes TR1 ist über ein leitfähiges Muster der gedruckten Platte 74 mit den Transistoren 52 elektrisch verbunden. Die Laserdiode LD1 ist durch die gedruckte Platte 75 auf dem Kühler 70 montiert. Die Laserdiode LD2 ist durch die gedruckte Platte 76 auf dem Kühler 70 montiert. Die Laserdiode LD3 ist durch die gedruckte Platte 77 auf dem Kühler 70 montiert. Die gedruckte Platte 75, 76, 77 hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so daß die Laserdiode LD1, LD2, LD3 thermisch mit dem Kühler 70 gekoppelt ist. Die Anode der Laserdiode LD1 ist elektrisch mit der positiven Elektrode verbunden, über ein leitfähiges Muster der gedruckten Platte 75. Die Kathode der Laserdiode LD1 ist über Drähte und leitfähige Muster der gedruckten Plate 76 mit der Anode der Laserdiode LD2 elektrisch verbunden. Die Kathode der Laserdiode LD2 ist über Drähte und leitfähige Muster der gedruckten Platte 77 mit der Anode der Laserdiode LD3 elektrisch verbunden. Die Kathode der Laserdiode LD3 ist über Drähte und leitfähige Muster der gedruckten Platte 74 mit der negativen Elektrode elektrisch verbunden. Das Kühlrohr 61 läuft durch den Kühler 70. Im Gegensatz zur sechsten Ausführung bedeckt kein Isoliermaterial das Kühlrohr 61 in dieser Ausführung. Das Kühlrohr 61 ist direkt mit dem Kühler 70 gekoppelt, um so die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Während in dieser Ausführung ein Laserdiodenmodul 200D drei Laserdioden LD1-LD3 verwendet, kann es modifiziert werden, um zwei oder mehr Laserdioden zu benutzen, je nach Wunsch.

Wie oben erwähnt, werden bei-dem Laserdiodenmodul 200D die Laserdioden LD1-LD3, die Verstärkerschaltung 51, die Transistoren 52 und das Schaltelement TR1 auf dem Kühler 70 montiert, welcher durch das Kühlrohr 61 gekühlt wird. Daher kann der Kühler 70 die von diesen elektrischen Teilen erzeugte Wärme effektiv absorbieren. Darüber hinaus, da diese elektrischen Teile auf den leitfähigen Mustern der gedruckten Platten 74-77 montiert sind, ist die Verdrahtung sehr einfach und das Modul kann mit geringen Kosten hergestellt werden. Ferner ist es möglich, aus der Vielzahl von Laserdioden LD1-LD3 einen Laserstrahl mit großer Ausgangsleistung zu erhalten, je nach Wunsch.

Zusätzlich ist eine Elektrode der Laserdioden LD1-LDn und des Schaltelementes TR1 direkt auf jedes entsprechende leitfähige Muster der gedruckten Platte 74, 75, 76, 77 gelötet. Darüber hinaus ist die andere Elektrode mit dem benachbarten leitfähigen Muster durch Drahtbondung oder dergleichen verdrahtet. Daher wird die Verdrahtungslänge zwischen den Laserdioden LD1-LD3 und Schaltelement TR1 kurz, wodurch die Eigeninduktivität verringert wird.

In der vorliegenden Ausführung ist das Schaltelement TR1 zwischen der Anode und Kathode der Laserdioden LD-LD3 elektrisch angeschlossen. Die Treiberschaltung DR1 treibt die Laserdioden LD1-LD3. Der Kühler 70 wird durch Zusammenbau von Metallplatten hergestellt. Dann werden die Laserdioden LD1-LD3, das Schaltelement TR1 und die Treiberschaltung DR1 auf dem Kühler 70 montiert, wie bei der vierten Ausführung. Daher werden die gleichen vorteilhaften Wirkungen erzielt.

Das Schaltelement TR1-TRn und die Laserdiode LD1-LDn werden von der Treiberschaltung TR1 als Antriebssteuerschaltung welche auf dem Kühler 60, 70 montiert ist angetrieben und gesteuert. Daher können sie kompakt und von kleiner Größe sein, was ihre Handhabung erleichtert.

Während in der ersten bis siebten Ausführung vorzugsweise mehrere Laserdioden verwendet werden, hängt die Zahl der Laserdioden von, einer erforderlichen Ausgangsleistung des Laserstrahls 8 ab. Die Zahl kann daher eins oder mehr sein, je nach Wunsch.

Während die Konstantstromquelle 100 das Schaltelement 2 für die Stromsteuerung verwendet, welches die Schaltsteuerung durchführt, um den Laserdioden LD1-LDn einen konstanten Strom zuzuführen, kann jede Konstantstromquelle verwendet werden. Die Schaltung zur Erhaltung des Konstantstroms ist nicht auf eine in den obigen Ausführungen gezeigte spezifische Konfiguration beschränkt.

Die Laserdiode in jeder Ausführung erzeugt Laserlicht durch Halbleiter in der Form von integrierten Dioden. Die Laserdiode der Erfindung kann jedoch ausgewählt werden aus allen Halbleitern, die Laserlicht erzeugen, und beinhaltet in seiner Definition alle Halbleiter.

Die bevorzugten Ausführungen, welche hier beschrieben wurden, dienen der Anschauung und sind nicht beschränkend. Der Umfang der Erfindung wird in den angehängten Ansprüchen angegeben, und alle Variationen, welche unter die Bedeutung der Ansprüche fallen, sollen von diesen umfaßt sein.

Claims (10)

1. Energieversorgungs-Steuervorrichtung für eine Laserdiode, umfassend:
eine Laserdiode (LD1-LDn);
eine Konstantstromquellen-Schaltung (100), welche der Laserdiode einen Konstantstrom zuführt;
ein Schaltelement (TR1-TRn, TR1x), welches parallel zwischen einer Anode und einer Kathode der Laserdiode angeschlossen ist; und
eine Kurzschluß-Schaltung, die einen Durchgangsspannungsabfall des Schaltelementes niedriger einstellt als einen Durchgangsspannungsabfall der Laserdiode, wobei die Kurzschlußschaltung das Schaltelement so einschaltet, daß die Anode und die Kathode der Laserdiode kurzgeschlossen wird, wenn kein Laserausgabe-Befehlssignal zur Bewirkung der Ausgabe eines Laserstrahls durch die Laserdiode empfangen wird, und die Kurzschluß-Schaltung das Schaltelement ausschaltet, so daß die Laserdiode den Laserstrahl ausgibt, wenn das Laserausgabe-Befehlssignal empfangen wird.

2. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquellen- Schaltung enthält:
ein Stromsteuer-Schaltelement (2) und eine Diode (3), welche in Reihe geschaltet sind;
eine Gleichspannungsquelle (1), welche parallel zu dem Stromsteuer-Schaltelement und der Diode geschaltet ist; und
eine Induktivität (4), die ein Ende hat, welches mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromsteuer- Schaltelement und der Diode verbunden ist, wobei die Gleichstromquelle und das andere Ende der Induktivität mit der Laserdiode verbunden sind;
wobei das Stromsteuer-Schaltelement eine An/Aus- Steuerung durchführt, so daß ein Stromwert der Induktivität gleich einem Befehlswert (ITH) wird, wodurch ein vorbestimmter Strom der Laserdiode oder der Kurzschlußschaltung zugeführt wird.

3. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromsteuer- Schaltelement im voraus eingeschaltet wird, wenn kein Laserausgabe-Befehlssignal (PO) empfangen wird, so daß der Stromwert der Induktivität gleich dem Befehlswert wird, danach das Laserausgabe-Befehlssignal eingeschaltet wird, und das Stromsteuer-Schaltelement abgeschaltet wird, nachdem das Laserausgabe- Befehlssignal abgeschaltet wird.

4. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine in Sperrichtung geschaltete Diode (D1-Dn) und/oder ein Widerstand (R1-Rn) parallel zur Laserdiode an einer Position in der Nähe der Laserdiode geschaltet sind.

5. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Laserdioden in Reihe geschaltet ist, die Diode und/oder der Widerstand parallel jeder der Laserdioden geschaltet ist, und die Widerstände den gleichen Widerstandswert haben.

6. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Energieversorgungsspannung der Konstant- Energieversorgungsschaltung ungefähr doppelt so groß ist wie der Gesamtwert des Durchlaßspannungsabfalls der Laserdiode.

7. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Festkörper- Lasermedium (5) vorgesehen ist, welches durch den Laserstrahl angeregt wird, der von der Laserdiode ausgegeben wird, um dadurch einen Laserstrahl (8) zu erzeugen.

8. Energieversorgungs-Steuervorrichtung für eine Laserdiode, umfassend:
eine Laserdiode (LD1-LDn);
ein Schaltelement (TR1-TRn, TR1x), welches parallel zwischen einer Anode und einer Kathode der Laserdiode angeschlossen ist;
eine Treiberschaltung (DR1-DRn), welche die Laserdiode betreibt; und
einen Kühler (60, 60-1, 60-2, 60-3, 70), der durch Zusammenbau von Metallplatten hergestellt wird, wobei die Laserdiode, das Schaltelement und die Treiberschaltung auf dem Kühler montiert sind.

9. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kühler eine Elektrode definiert;
die Laserdiode und das Schaltelement ein Ende haben, welches elektrisch und mechanisch mit dem Kühler verbunden ist; eine weitere Elektrode (57) zwischen der Laserdiode und dem Schaltelement angeordnet ist, wobei die andere Elektrode von dem Kühler isoliert ist;
die Laserdiode und das Schaltelement mit ihrem anderen Ende elektrisch mit der anderen Elektrode verbunden sind; und
eine Antriebssteuerschaltung (DR1-DRn) auf dem Kühler angeordnet ist, um das Schaltelement und die Laserdiode zu betreiben und zu steuern.

10. Energieversorgungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Kühlrohr (61), durch welches Kühlwasser zirkuliert, wobei das Kühlwasser in dem Kühlrohr fließt, um den Kühler zu kühlen.