JP2003101132A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した駆動制御を行うことが可能な、いわ
ゆるプラス単一電源タイプ素子を使用した半導体レーザ
駆動装置を提供する。 【解決手段】 トランジスタ２９のコレクタ側からコン
パレータ２８のプラス端子側に流れ込む電流を阻止する
ために、それらの間にダイオード３０を接続して構成さ
れている。パルス信号源５０のパルス信号が立ち下がっ
た際に、コンパレータ２８のプラス端子側のコンデンサ
３１に電流が流れ込むことはなく、コンデンサ３１の電
位レベルVbは常にパルス信号レベルにほぼ同期して変化
することになり、プラス単一電源タイプ素子２４を使用
した半導体レーザ駆動装置２０において安定した駆動制
御を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ駆動
装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば、いわゆる透過型のレーザセンサ
では、互いに対向する投光素子及び受光素子を備えて、
投光素子から出射され受光素子に至るレーザ光の光路途
中に存在する物体の遮光状態により変化する受光素子で
の受光量変化に基づいて当該物体の存在の検出や位置及
び寸法等の測定を行うよう構成されている。こうした光
電センサにおいて安定した検出等を行うには、投光素子
からのレーザ光出力を一定に保つ必要がある。そのため
に、従来からＡＰＣ(Automatic Power Control）制御に
よって投光素子を駆動制御することでレーザ光出力を一
定に保つ構成が採られている。 【０００３】具体的な構成及び動作について図２及び図
３を参照しつつ説明する。図３において符号１は、例え
ばハイレベルが5[v]、ローレベルが0[v]のパルス信号を
出力するパルス信号源である。また、符号２は、レーザ
ダイオード３とフォトダイオード４とが同一チップに実
装され、かつ、それらのプラス端子側が共通接続された
一体型素子（以下、「マイナス単一電源タイプ素子２」
という）であり、そのプラス端子がパルス信号源１に連
なる電源ラインに接続されている。このうちレーザダイ
オード３は、カソード側がＮＰＮ型トランジスタ（以
下、「トランジスタ５」という）及び抵抗６を介してグ
ランドラインに接続されている。一方、フォトダイオー
ド４はアノード側が抵抗７を介してグランドラインに接
続されており、フォトダイオード４での受光量に応じた
電流が抵抗７に流れ、その抵抗７の負荷電圧は検出回路
８により検出される。駆動制御回路９は、検出回路８
と、パルス信号源１及びマイナス単一電源タイプ素子２
のプラス端子間の電源ラインとにそれぞれ接続され、検
出回路８における検出レベルVaと、電源ラインにおける
電位レベルVbとを所定のタイミングで随時読み込む。そ
して、図２に示すように、検出レベルVaと電位レベルVb
とのレベル差に応じた駆動信号Sを出力する。次いで、
レーザ駆動回路１０では駆動制御回路９からの駆動信号
Sレベルに応じた電気信号Lをトランジスタ５のベースに
与える。 【０００４】ここで、例えばレーザダイオード３の点灯
時のレーザ光出力レベルが所定値以下になったとき（図
２で３つ目のパルス波が出力されたとき）には、フォト
ダイオード４での受光量レベルも低下し検出回路８にお
ける検出レベルVaが低下する。これに対して電源ライン
における電位レベルVbは正常時と同じ5[v]に立ち上がる
ので、検出レベルVaと電位レベルVbとの差が大きくな
る。そうすると、トランジスタ５には初期状態より高い
レベルの電気信号Lが与えられてレーザダイオード３へ
の供給電流量を増大させ、もってレーザ光出力レベルを
高めるよう動作する。逆に、レーザダイオード３のレー
ザ光出力レベルが所定値以上になったとき（同図で４つ
目のパルス波が出力されたとき）は、電位レベルVbは5
[v]のままであるのに対して、検出レベルVaが正常時よ
り高くなりそれらのレベル差が小さくなり、これに応じ
て低いレベルの駆動信号Sがトランジスタ５に与えられ
レーザダイオード３への供給電流量を低下させてレーザ
光出力レベルを下げるよう動作する。これにより、その
レーザダイオード３のレーザ光出力を所定値に保つよう
制御することができるのである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、近年は、上
記マイナス単一電源タイプ素子２ではなく、レーザダイ
オード３とフォトダイオード４のマイナス端子側が共通
接続された一体型素子（以下、「プラス単一電源タイプ
素子１１」という）が使用されることも多い。このプラ
ス単一電源タイプ素子１１では、上記の回路構成（図
３）を採用することはできず、図４に示すような回路構
成を採用することになる。なお、各回路要素は図３に示
す構成と同じである。 【０００６】このように構成すれば、図３に示す構成と
同様に、レーザダイオード３のレーザ光出力のレベル変
動に対し、それに応じてトランジスタ５のベースに与え
られる電気信号Lレベルも変更されてレーザダイオード
３への供給電流量が調整され、もってレーザダイオード
３のレーザ光出力を一定に保つ制御が可能になるはずで
ある。 【０００７】ところが、実際の回路では、図２に示すよ
うに、略方形波形のパルス信号に対して、駆動制御回路
９からの駆動信号Sは立上がり部及び立下り部がなだら
かに傾斜した波形となって現れる。これにより次のよう
な現象が生じる。即ち、パルス信号源１からのパルス信
号はハイレベルからローレベルに急速に下がる。それに
同期してトランジスタ５のコレクタ側の電位もグランド
レベル側に急速に低下してレーザダイオード３の駆動が
停止され検出回路８での検出レベルVaは0[v]になる。そ
の際、トランジスタ５のベースには所定レベルの電気信
号Lがまだ与えられており、トランジスタ５のベース及
びコレクタを介して駆動制御回路９の入力側に所定の電
流が流れ込み駆動制御回路９の入力側に微小の電位が生
じるのである。 【０００８】そうすると、駆動制御回路９からは、検出
レベル0[v]と電位レベルとの微小レベル差に応じた駆動
信号Sが出力されてしまい、再びトランジスタ５のベー
ス及びコレクタを介して駆動制御回路９の入力側に電流
が流れ込み、更に駆動制御回路９の入力側における電位
レベルVbが向上する。このような現象はパルス信号が次
にローレベルからハイレベルに立ち上がるときまで繰り
返され、駆動信号Sレベル及び電気信号Lレベルを向上さ
せていく。この状態でパルス信号がハイレベルに立ち上
がると、レーザダイオード３にいきなり大電流が流れて
高いレーザ光出力で発光することになる。こうなると、
ＡＰＣ制御によりレーザ光出力が一定になるまでに時間
がかかるなど安定した駆動制御が行えないといった問題
が生じる。 【０００９】なお、上記問題を解決するために、図４の
回路において、ＮＰＮ型トランジスタ５の代わりにＰＮ
Ｐ型トランジスタを使用することも考えられる。この構
成であれば、パルス信号が立ち下がった際にベースに電
気信号Lが与えられても、駆動制御回路９の入力側に電
流が流れることはなくなる。ところが、実際の回路で
は、図２に示すようにパルス信号源１からのパルス信号
も立下り部分が若干傾斜した波形となり信号レベルが不
安定になる。そうすると、そのトランジスタのエミッタ
からベースに電流が流れ、やはり安定なく駆動制御が行
えないといった問題が生じる。 【００１０】なお、上述したマイナス単一電源タイプ素
子２を用いたものでは、トランジスタ５のコレクタ及び
駆動制御回路９の入力側との間にレーザダイオード２が
接続されているから、トランジスタ５のベース及びコレ
クタを介して駆動制御回路９の入力側に向う電流が阻止
されることになる。従って、実際の回路においても駆動
信号Sの遅れによる誤制御が結果的に回避されていた。 【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、安定した駆動制御を行うことが可能
な、いわゆるプラス単一電源タイプ素子を使用した半導
体レーザ駆動装置を提供するところにある。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体レーザ駆動装置は、パルス信号
源とグランドレベルとの間に配されて、パルス信号源か
らのパルス信号に基づいて駆動される半導体レーザ素子
と、半導体レーザ素子と同一パッケージ内に内包され、
かつアノード側が、半導体レーザ素子のカソード側と共
通接続されると共に、半導体レーザ素子からの光を受け
てその受光量に応じた受光信号を出力するモニタ用受光
素子と、パルス信号源及び半導体レーザ素子間に接続さ
れ、半導体レーザ素子に供給される電流量を調整する電
流制御素子と、パルス信号源及び電流制御素子間の接続
ラインにおける電位レベルと、モニタ用受光素子からの
受光信号レベルとに応じた駆動信号を電流制御素子の制
御端子に与えて半導体レーザ素子への供給電流が所定値
になるようにフィードバック制御するフィードバック制
御手段と、電流制御素子からフィードバック制御手段の
入力側に流れる電流を阻止する半導体素子とを備えてい
るところに特徴を有する。 【００１３】 【発明の作用及び効果】従来説明の項でも説明したとお
りに、実際の回路ではパルス信号源からのパルス信号が
立ち下がった際に、遅れてフィードバック制御手段から
の駆動信号が立ち下がる。これにより、電流制御素子か
らフィードバック制御手段の入力側に流れる電流が発生
する。ところが、本発明に係る半導体レーザ駆動装置に
は、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側
に流れる電流を阻止する半導体素子が備えられている。
従って、電流制御素子からフィードバック制御手段の入
力側に電流が流れ込むことはなく、フィードバック制御
手段の入力側の電位レベルは常にパルス信号レベルにほ
ぼ同期して変化することになる。これにより、半導体レ
ーザ素子及びモニタ用受光素子が同一パッケージ内に内
包され、かつ半導体レーザ素子のカソード側及びモニタ
用受光素子のアノード側が共通接続された、いわゆるプ
ラス単一電源タイプ素子を使用した半導体レーザ駆動装
置において、安定した駆動制御を行うことができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１及び図
２によって説明する。例えば透過型のレーザセンサで
は、互いに対向する投光素子及び受光素子を備えて、投
光素子から出射され受光素子に至るレーザ光の光路途中
に存在する物体の遮光状態により変化する受光素子での
受光量変化に基づいて当該物体の存在の検出や位置及び
寸法等の測定を行うよう構成されている。本実施形態に
係る半導体レーザ駆動装置２０は、こうした光電センサ
において安定した検出等を行うために、投光素子からの
レーザ光出力を所定値に保つためのものである。 【００１５】まず、半導体レーザ駆動装置２０の回路構
成について説明する。図１において符号２１は、半導体
レーザ駆動装置２０の電源供給ラインＬ1の入力端子で
あり、この入力端子２１にパルス信号源５０が接続され
る。また、電源供給ラインＬ1及びグランドライン間に
は、パルス信号源５０からのパルス信号により生じるサ
ージ電圧を吸収するためにツェナーダイオード及びコン
デンサとからなる並列回路２２が接続されている。さら
にそのパルス信号により駆動される発光ダイオード２３
が接続され動作表示灯として機能する。次いで、符号２
４は、レーザダイオード２５（本発明の「半導体レーザ
素子」に相当する）とフォトダイオード２６（本発明の
「モニタ用受光素子」に相当する）とが同一チップに実
装され、かつ、マイナス端子側が共通接続された一体型
素子（以下、「プラス単一電源タイプ素子２４」とい
う）であり、そのマイナス端子がグランドラインに接続
されている。このうちレーザダイオード２５は、そのア
ノード側が後述するトランジスタ２９及びダイオード３
０等を介して前記電源供給ラインＬ1に接続されてい
る。 【００１６】一方、フォトダイオード２６は、そのカソ
ード側が検出回路２７の入力側に接続され、検出回路２
７はフォトダイオード２６での受光量に応じたレベルの
検出信号をコンパレータ２８（本発明の「フィードバッ
ク制御手段」に相当する）のマイナス端子側に与える。
そして、コンパレータ２８のマイナス端子側は前記入力
端子２１に連なる電源供給ラインＬ1に接続されてお
り、コンパレータ２８は検出回路２７から与えられる検
出信号レベルVaと、パルス信号源５０からのパルス信号
レベルに応じて変化するコンデンサ３１の電位レベルVb
とを比較して、それらのレベル差に応じた駆動信号Sを
ＮＰＮ型トランジスタ（以下「トランジスタ２９」とい
う。本発明の「電流制御素子」に相当する。）のベース
に与えれる。これにより駆動信号Sレベルに応じた供給
電流がレーザダイオード２５に流れて、このレーザダイ
オード２５がパルス点灯されることになる。 【００１７】さて、本発明の「半導体素子」に相当する
ダイオード３０は、そのアノード側がコンパレータ２８
のプラス端子側に、カソード側がトランジスタ２９のコ
レクタ側にそれぞれ接続されている。 【００１８】次に本発明に係る半導体レーザ駆動装置２
０に作用効果について説明する。まず、上記回路構成が
理想的なものであるとした場合について説明する。ま
ず、パルス信号源５０からパルス信号がローレベルから
ハイレベルに立ち上がると、コンパレータ２８において
プラス端子側のコンデンサ３１の電位レベルVbが徐々に
上がっていく一方で、マイナス端子側の検出信号レベル
Vaは0[v]のままなので、その差に応じた駆動信号Sがト
ランジスタ２９のベースに与えられてレーザダイオード
２５を発光し始める。すると、フォトダイオード２６
は、レーザダイオード２５からのレーザ光を受けて、そ
の受光量レベルに応じたレベルの検出信号がコンパレー
タ２８のマイナス端子側に与えられる。そして、プラス
端子側の電位レベルVbとの差に応じた駆動信号Sが与え
られて、レーザダイオード２５は所定値のレーザ光出力
で発光することになる。 【００１９】次いで、パルス信号源５０からパルス信号
がハイレベルからローレベルに立ち下がると、トランジ
スタ２９のコレクタ側の電位がグランドレベルに急速に
低下し、レーザダイオード２５に供給電流が流れなくな
りその発光を停止させる。これに伴ってフォトダイオー
ド２６での受光量レベルもゼロとなる。従って、コンパ
レータ２８のプラス端子側の電位レベルVbも、マイナス
端子側に与えられる検出信号レベルVaも共に0[v]にな
り、コンパレータ２８から駆動信号Sが出力されなくな
る。このように理想的な回路であれば、パルス信号源５
０のパルス信号波形と同様に、コンパレータ２８から出
力される駆動信号Sも略方形状の波形を形成することに
なり、これに同期してレーザダイオード２５がパルス点
灯されることになる。 【００２０】ここで、例えばレーザダイオード２５が劣
化して点灯時のレーザ光出力レベルが低下したとき（図
２で、３つ目のパルス波が出力されたとき）には、フォ
トダイオード２６での受光量レベルも低下し検出回路２
７における検出レベルVaが低下する。これに対して電源
供給ラインＬ1における電位レベルVbは当初のレベルま
で立ち上がっているから、検出レベルVaと電位レベルVb
とのレベル差が大きくなる。そうすると、トランジスタ
２９には当初よりレベルの高い電気信号Lが与えられて
レーザダイオード２５への供給電流量を増大させ、もっ
てレーザ光出力レベルを高めるよう動作する。逆に、レ
ーザダイオード２５のレーザ光出力レベルが向上したと
きは、当初レベルのままの電位レベルVbに対して、検出
レベルVaが当初より高くなりそれらのレベル差が小さく
なり、これに応じて低い駆動信号Sレベルがトランジス
タ２９に与えられレーザダイオード２５への供給電流量
を低下させてレーザ光出力レベルを下げるよう動作す
る。これにより、そのレーザダイオード２５のレーザ光
出力を一定に保つことができるのである。 【００２１】さて、従来説明の項でも説明したとおり
に、実際の回路では、図２に示すように、パルス信号よ
りも駆動信号Sの方が、立下り部分の傾斜の方が緩やか
な波形となって現れる。これにより、トランジスタ２９
のベース及びコレクタを介してコンパレータ２８のプラ
ス端子側に電流が流れ込み、コンデンサ３１の電位レベ
ルVbを向上させてコンパレータ２８が誤動作を行う原因
になる。しかしながら、本実施形態では、トランジスタ
２９のコレクタ側からコンパレータ２８のプラス端子側
に流れ込む電流を阻止するために、それらの間にダイオ
ード３０を接続して構成されている。従って、上述した
理想的な回路構成の場合と同様に、パルス信号が立ち下
がった際に、コンパレータ２８のプラス端子側のコンデ
ンサ３１に電流が流れ込むことはなく、コンデンサ３１
の電位レベルVbは常にパルス信号レベルにほぼ同期して
変化することになる。これにより、プラス単一電源タイ
プ素子２４を使用した半導体レーザ駆動装置２０におい
て安定した駆動制御を行うことができる。また、半導体
レーザ素子に大電流がいきなり流れるといった状態を回
避することができ、これに伴う半導体レーザ素子及びモ
ニタ用受光素子の劣化促進を抑制することが可能にな
る。 【００２２】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。 （１）上記実施形態では、半導体素子としてダイオード
３０を使用したが、これに限らず、トランジスタ２９か
らコンパレータ２８のプラス端子側に流れる電流を阻止
することができるものであれば、例えばトランジスタ等
であってもよい。 【００２３】（２）上記実施形態では、レーザダイオー
ド２５及びフォトダイオード２６が同一チップに実装さ
れたプラス単一電源タイプ素子２４を例に挙げて説明し
たが、グランドラインが共通接続された物であれば、レ
ーザダイオードとフォトダイオードとが別々チップにそ
れぞれ実装されているものであってもよい。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ駆動装
置の回路構成図 【図２】パルス信号、電位レベル、検出レベル及び駆動
信号のタイミングチャート図 【図３】光電センサの半導体レーザ駆動装置の回路構成
図 【図４】プラス単一電源タイプ素子を用いた半導体レー
ザ駆動装置の回路構成図 【符号の説明】 ２０…半導体レーザ駆動装置 ２４…プラス単一電源タイプ素子 ２５…レーザダイオード ２６…フォトダイオード ２８…コンパレータ ２９…トランジスタ ３０…ダイオード ５０…パルス信号源 Ｌ1…電源供給ライン S…駆動信号 Va…検出信号レベル Vb…電位レベル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/28

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 パルス信号源とグランドレベルとの間に
   配されて、前記パルス信号源からのパルス信号に基づい
   て駆動される半導体レーザ素子と、 前記半導体レーザ素子と同一パッケージ内に内包され、
   かつアノード側が、前記半導体レーザ素子のカソード側
   と共通接続されると共に、前記半導体レーザ素子からの
   光を受けてその受光量に応じた受光信号を出力するモニ
   タ用受光素子と、 前記パルス信号源及び前記半導体レーザ素子間に接続さ
   れ、前記半導体レーザ素子に供給される電流量を調整す
   る電流制御素子と、 前記パルス信号源及び前記電流制御素子間の接続ライン
   における電位レベルと、前記モニタ用受光素子からの受
   光信号レベルとに応じた駆動信号を前記電流制御素子の
   制御端子に与えて前記半導体レーザ素子への供給電流が
   所定値になるようにフィードバック制御するフィードバ
   ック制御手段と、 前記電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側
   に流れる電流を阻止する半導体素子とを備えていること
   を特徴とする半導体レーザ駆動装置。