JP2003124564A - 半導体レーザの駆動制御装置 - Google Patents

半導体レーザの駆動制御装置

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JP2003124564A
JP2003124564A JP2001320573A JP2001320573A JP2003124564A JP 2003124564 A JP2003124564 A JP 2003124564A JP 2001320573 A JP2001320573 A JP 2001320573A JP 2001320573 A JP2001320573 A JP 2001320573A JP 2003124564 A JP2003124564 A JP 2003124564A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路素子の一部分が破損しても、安定してレ
ーザ光の発光出力を制御できる半導体レーザの駆動制御
装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ(LD)に駆動電流を供給
する電源回路(3)に、第1電流制御素子(4)と第2
電流制御素子(5)を直列に接続するとともに、モニタ
用受光素子(PD)と、第1電流制御素子(4)及び第
2電流制御素子(5)との間に、それぞれ第1帰還制御
回路(6)と第2帰還制御回路(7)を並列に接続す
る。一方の帰還制御回路(6)(7)が故障しても、他
方の帰還制御回路(7)(6)に接続する電流制御素子
(4)(5)で、半導体レーザ(LD)の駆動電流を停
止させることができるので、レーザ光の発光出力を安定
して制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
等の半導体レーザの発光出力を安定化させる半導体レー
ザの駆動制御装置に関し、更に詳しくは、駆動制御回路
の一部が故障しても、人体に危険なレーザ光を発光させ
ることがない半導体レーザの駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザの駆動制御装置は、半導体
レーザの近傍にレーザ光の光量を監視するモニタ用受光
素子が備えられ、半導体レーザの駆動電流を制御する電
流制御素子に接続する帰還回路で、モニタ用受光素子で
検知される光量に応じて半導体レーザの駆動電流を制御
し、発光出力を安定化させ、過大な出力が発生しないよ
うにしている。
【0003】図2は、この従来用いられている半導体レ
ーザの駆動制御装置100の一例であり、以下、この駆
動制御装置100について説明する。
【0004】図中LDは、半導体レーザであるレーザダ
イオードであり、+3Vの正極と接地電位の負極間の定
電圧電源回路101に流れる駆動電流に比例する光量
で、レーザ光を発光する。
【0005】レーザダイオードLDを駆動する駆動電流
は、レーザダイオードLDのカソード側で電源回路10
1に直列に接続された電流制御素子102により制御さ
れる。電流制御素子102は、コレクタをレーザダイオ
ードLDのカソード側に、エミッタを抵抗R101を介
して負極側に接続させたNPNトランジスタで構成さ
れ、ベースは、後述するPNPトランジスタ103のコ
レクタ側の接続点J101に接続している。
【0006】レーザダイオードLDの近傍には、レーザ
光を受光するモニタ用受光素子となるフォトダイオード
PDが配置され、フォトダイオードPDは、カソードを
電源回路101の正極に、アノードを、抵抗R102と
可変抵抗R103を介して負極に接続させ、レーザダイ
オードLDと並列に電源回路101接続されている。
【0007】フォトダイオードPDのアノードと抵抗R
102の接続点J102は、更に、PNPトランジスタ
103のベースに接続し、フォトダイオードPDの動作
でスイッチング素子となるPNPトランジスタ103を
スイッチング制御している。PNPトランジスタ103
のエミッタは、抵抗R104を介して電源回路101の
正極に接続し、コレクタは、R−C並列回路104を介
して負極側に接続している。
【0008】電源回路101の正極に接続することによ
りプルアップされたエミッタの電位は、PNPトランジ
スタ103と並列に、エミッタと負極間に接続されたツ
ェナーダイオードZDによって、+2.2Vの電位に保
たれている。
【0009】PNPトランジスタ103は、帰還制御回
路を構成するもので、コレクタとR−C並列回路104
との接続点J101を、NPNトランジスタ102のベ
ースへ接続させて、レーザダイオードLDの動作を制御
するようにしている。
【0010】このように構成された半導体レーザの駆動
制御装置100は、レーザダイオードLDが消灯若しく
は低い駆動電流で点灯している間は、レーザ光が発光さ
れず、若しくは少ない光量で発光しているので、逆方向
に電圧が加わっているフォトダイオードPDには、電流
は僅かに流れるだけで、PNPトランジスタ103のベ
ース電位は、ローレベルとなる。
【0011】その結果、PNPトランジスタ103のエ
ミッタ、ベース間の電位差は、動作電位に達してオンと
なり、R−C並列回路104に電流が流れ、RCの時定
数で定まる所定時間後に、NPNトランジスタ102の
ベースは、NPNトランジスタ102の動作電位に達
し、レーザダイオードLDに駆動電流が流れる。
【0012】レーザダイオードLDの駆動電流が増加
し、レーザ光の発光出力が増大すると、フォトダイオー
ドPDに、レーザ光を受光することによる光起電力が発
生じ、電源回路101の印加方向に電流が流れることに
より、PNPトランジスタ103のベース電位は、ハイ
レベルとなる。
【0013】その結果、PNPトランジスタ103は、
オフとなり、NPNトランジスタ102のベースに流れ
る電流も遮断され、レーザダイオードLDに流れる駆動
電流も停止し、消灯する。
【0014】このように、レーザ光の出力が増大すれ
ば、フォトダイオードPDが動作し、帰還制御回路10
3によりレーザダイオードLDへの駆動電流が停止し、
レーザ光の出力が減少すると、逆にレーザダイオードL
Dへの駆動電流が増加し、安定したレーザダイオードL
Dの駆動制御が行われる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体レー
ザの駆動制御装置100では、帰還制御回路を構成する
PNPトランジスタ103と、電流制御素子であるNP
Nトランジスタ102により、上述のように、レーザ光
の光量に応じた安定した制御が得られるが、異常動作に
対する対処は、充分なものではなかった。
【0016】例えば、これらを構成する回路素子、NP
Nトランジスタ102のコレクタ、エミッタ間や、PN
Pトランジスタ103のコレクタ、エミッタ間がショー
トすると、レーザダイオードLDへの駆動電流が増加し
続け、レーザ光の発光出力が増大し、事故を発生させる
恐れがあった。
【0017】特に、リモコン送信機などに備えられるレ
ーザポインタは、レーザ光を遠隔位置まで拡散させずに
照射させることができることから、会議場などの大画面
において特定の表示位置を発表者が指示するために用い
られているが、その発光出力が制御素子の故障で増大す
ると、人体に危害を加えることとなるため、その安全性
が、規格上厳しく要求されている。
【0018】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、回路素子の一部分が破損しても、安定してレ
ーザ光の発光出力を制御できる半導体レーザの駆動制御
装置を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体レーザ
の駆動制御装置は、レーザ光を発光する半導体レーザ
と、半導体レーザに駆動電流を供給する電源回路と、電
源回路に直列に接続され、駆動電流を制御する電流制御
素子と、レーザ光を受光するモニタ用受光素子と、モニ
タ用受光素子と、電流制御素子の間に直列に接続され、
モニタ用受光素子の受光量が基準値を越えた際に、電流
制御素子へ駆動電流をオフ制御する制御信号を出力する
帰還制御回路とを備えた半導体レーザの駆動制御装置に
おいて、電源回路に、第1電流制御素子と第2電流制御
素子を直列に接続するとともに、モニタ用受光素子と、
第1電流制御素子及び第2電流制御素子との間に、それ
ぞれ第1帰還制御回路と第2帰還制御回路を並列に接続
したことを特徴とする。
【0020】モニター用受光素子の受光量が基準値を超
えない場合には、第1、第2電流制御素子のいずれに
も、駆動電流をオフ制御する制御信号は流れないので、
半導体レーザは、駆動電流を受けてレーザ光を発光す
る。
【0021】モニター用受光素子の受光量が基準値を超
えると、第1、第2帰還制御回路は、それぞれ駆動電流
をオフ制御する制御信号を出力するので、駆動電流は、
第1、第2電流制御素子で遮断され、半導体レーザは、
発光を停止する。
【0022】第1、第2帰還制御回路を構成するいずれ
かの回路素子に故障があっても、他方の帰還制御回路に
接続する電流制御素子で、駆動電流をオフ制御するの
で、半導体レーザの発光出力が増大しない。
【0023】また、モニタ用受光素子から出力される受
光量に比例した電流が、いずれかの回路素子が短絡し、
第1、第2帰還制御回路の一方に集中して流れると、受
光量が基準値を超えなくても、オフ制御する制御信号が
電流制御素子に出力され、半導体レーザの発光が停止す
る。半導体レーザは、通常の動作状態であっても、レー
ザ光が出力されないことにより、いずれかの素子の故障
を発見できる。
【0024】逆に、モニタ用受光素子から出力される受
光量に比例した電流が、第1、第2帰還制御回路を構成
するいずれかの回路素子の故障により遮断されると、他
方の帰還制御回路に集中して流れ、他方の帰還制御回路
に接続する電流制御素子に、オフ制御する制御信号が出
力される。その結果、受光量が基準値を超えない通常の
動作状態であっても、半導体レーザからレーザ光が出力
されないこととなり、いずれかの回路素子の故障を発見
できる。
【0025】請求項2の半導体レーザの駆動制御装置
は、第1帰還制御回路と第2帰還制御回路の少なくとも
一方の帰還制御回路は、第1トランジスタのベースへ第
2トランジスタのエミッタを接続し、第1トランジスタ
のエミッタを接地したトランジスタブリッジを有し、第
2トランジスタのベースをモニタ用受光素子へ接続する
ととともに、第1トランジスタと第2トランジスタの共
通するコレクタと電源回路との接続点を、電源回路にコ
レクタとエミッタを直列に接続したトランジスタのベー
スへ接続し、トランジスタブリッジを有する帰還制御回
路を、モニタ用受光素子と、電流制御素子の間に接続し
たことを特徴とする。
【0026】トランジスタブリッジを構成する一方のト
ランジスタの端子間に短絡、開放等の故障があっても、
他方のトランジスタの電流増幅、スイッチング機能が保
たれるので、トランジスタブリッジ全体の帰還制御機能
は、損なわれにくい。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図1を参照して詳細に説明する。図1は、本発明
の一実施の形態に係る半導体レーザの駆動制御装置1の
回路図である。
【0028】尚、この図1では、便宜上、遅延回路、調
整用抵抗など、本実施の形態に係る説明と直接関係しな
い回路、回路素子について表示を省略している。
【0029】図に示すように、半導体レーザであるレー
ザダイオードLDと、モニタ用受光素子となるフォトダ
イオードPDは、レーザダイオードLDから発光される
レーザ光の一部をフォトダイオードPDが受光して監視
できるように、適宜間隔をおいてワンチップ化されたパ
ッケージ2内に収容されている。
【0030】レーザダイオードLDは、アノードを定電
圧電源回路3の+3Vの正極3aに、カソードを、第1
電流制御素子4と第2電流制御素子5を介して、定電圧
電源回路3の接地電位である負極3bに接続し、定電圧
電源回路3を駆動電源とし、第1電流制御素子4と第2
電流制御素子5に流れる駆動電流にほぼ比例する光量で
レーザ光を発光する。
【0031】従って、レーザダイオードLDの発光出力
は、第1電流制御素子4と第2電流制御素子5によって
制御されるものであり、ここでは、第1電流制御素子4
と第2電流制御素子5を、コレクタを、正極3a側(レ
ーザダイオードLD側)に、エミッタを、負極3b側と
して、それぞれ定電圧電源回路3に直列に接続した一対
のNPNトランジスタで構成している。
【0032】フォトダイオードPDは、カソードを電源
回路3の正極3aに、アノードを、抵抗R1を介して負
極3bに接続し、フォトダイオードPDへ逆方向電圧を
かけ、レーザダイオードLDと並列に電源回路3に接続
している。
【0033】フォトダイオードPDは、レーザダイオー
ドLDから発光されるレーザ光を受光して光電変換し、
レーザ光の発光量を表す受光電流をアノードから出力す
るもので、受光電流で、上述の第1電流制御素子4と第
2電流制御素子5を帰還制御している。
【0034】この為、フォトダイオードPDのアノード
側で、抵抗R1との接続点J1には、帰還制御回路が接
続されるが、本実施の形態では、それぞれ他端が第1電
流制御素子4と第2電流制御素子5に接続する第1帰還
制御回路6と第2帰還制御回路7とが、並列に接続され
ている。
【0035】第1帰還制御回路6は、一対のNPNトラ
ンジスタ8、9をダーリントン接続したトランジスタブ
リッジ10を有している。すなわち、一対のNPNトラ
ンジスタ8、9のコレクタ間を接続するとともに、一方
のNPNトランジスタ8のエミッタを、他方のNPNト
ランジスタ9のベースへ接続している。
【0036】一方のNPNトランジスタ8のベースは、
調整抵抗R2を介してフォトダイオードPDのアノード
側の接続点J1に接続し、受光電流を入力するようにし
ている。また、他方のNPNトランジスタ9のエミッタ
は、電源回路3の負極3bに接続し、接地されている。
【0037】一方、トランジスタブリッジ10の共通す
るコレクタは、プルアップ抵抗R3を介して電源回路3
の正極3aに接続され、一定電位に保たれ、このコレク
タとプルアップ抵抗R3との接続点J2は、更に、帰還
抵抗R4を介して、第1電流制御素子であるNPNトラ
ンジスタ4のベースに接続している。
【0038】第2帰還制御回路7は、第1帰還制御回路
6の各構成とほぼ同一に構成されているもので、調整抵
抗R5と、一対のNPNトランジスタ11、12をダー
リントン接続したトランジスタブリッジ13と、プルア
ップ抵抗R6及び帰還抵抗R7とで構成されている。
【0039】これらの回路素子は、順に第1帰還制御回
路6を構成する調整抵抗R2、トランジスタブリッジ1
0を構成するNPNトランジスタ8、9、プルアップ抵
抗R3及び帰還抵抗R4に対応し、第1帰還制御回路6
と同一の接続関係で、相互に接続されている。
【0040】第2帰還制御回路7では、帰還抵抗R7
が、トランジスタブリッジ13の共通するコレクタとプ
ルアップ抵抗R6との接続点J3と、第2電流制御素子
であるNPNトランジスタ5のベースとの間に接続され
ている点でのみ相違している。
【0041】第1帰還制御回路6と第2帰還制御回路7
で、対応するこれらの回路素子は、同一若しくはほぼ等
しい回路定数を有することが好ましく、これにより、正
常な動作状態において、接続点J1から第1帰還制御回
路6と第2帰還制御回路7に流れる受光電流は、それぞ
れほぼ等しい値となる。
【0042】このように構成された半導体レーザの駆動
制御装置1が正常に動作している状態では、レーザダイ
オードLDが消灯若しくは低い駆動電流で点灯している
間は、レーザ光が発光されず、若しくは少ない光量で発
光しているので、逆方向に電圧が加わっているフォトダ
イオードPDには、僅かな受光電流が流れるだけで、調
整抵抗R2、R5を介して接続するNPNトランジスタ
8、11のベース電位は、動作電位以下となる。
【0043】その結果、トランジスタブリッジ10、1
3には、いずれも電流が流れず、接続点J2、J3の電
位は、電源回路3の正極3aの電位に近く、それぞれの
NPNトランジスタ4、5のベース電位が動作電位に達
し、帰還抵抗R4、R7に流れる電流に比例した駆動電
流がレーザダイオードLDに流れる。
【0044】レーザダイオードLDの駆動電流が増加
し、レーザ光の発光出力が増大すると、フォトダイオー
ドPDに、レーザ光を受光することによる光起電力が発
生し、接続点J1の電位が引き上げられる。これによ
り、NPNトランジスタ8、11のベース電位が動作電
位に達し、フォトダイオードPDに流れる受光電流の一
部は、調整抵抗R2、R5を通り、トランジスタブリッ
ジ10、13のエミッタから負極3bに流れる。
【0045】上述のように、第1帰還制御回路6と第2
帰還制御回路7の対応する各回路素子の回路定数は、ほ
ぼ等しい値となっているので、NPNトランジスタ8、
11のベースには、それぞれほぼ等しい大きさの受光電
流が流れる。
【0046】トランジスタブリッジ10、13は、2個
のNPNトランジスタをダーリントン接続してなるもの
なので、電流増幅率は、各トランジスタの電流増幅率の
積となり、調整抵抗R2、R5からベースに流れる受光
電流は、大きく増幅されて共通するコレクタに流れる電
流として表れる。
【0047】一方、上記ベースに流れる受光電流の値
は、レーザ光の発光出力を表しているので、トランジス
タブリッジ10、13の共通するコレクタに流れる電流
は、発光出力の変化を大きく拡大して表すものとなる。
【0048】レーザ光の発光により、増加するコレクタ
電流は、プルアップ抵抗R3、R6に流れるので、正極
3a近くの電位にあった接続点J2、J3の電位は、引
き下げられ、NPNトランジスタ4、5のベース電位
は、動作電位以下となり、ベースに流れる電流が停止す
る。これにより、レーザダイオードLDに流れる駆動電
流は、NPNトランジスタ4、5の2カ所の位置で遮断
され、レーザダイオードLDは、消灯制御される。
【0049】このようにして、各回路素子が正常に動作
する上記状態では、レーザダイオードLDの発光出力
は、一定の範囲内で安定して制御されるが、以下、回路
素子の一部が故障した場合について、説明する。
【0050】始めに、第1帰還制御回路6若しくは第2
帰還制御回路7を構成する回路素子が故障し、特定箇所
のショート若しくは絶縁すると、いずれかの帰還制御回
路6、7に多大な電流が流れたり、流れるべき状態で遮
断される。
【0051】例えば、NPNトランジスタ9のコレク
タ、エミッタ間等が短絡したり、NPNトランジスタ8
のコレクタ、エミッタ間(NPNトランジスタ9のベー
ス、コレクタ間)が短絡すると、トランジスタブリッジ
10に多大な受光電流が流れることとなる。
【0052】特定箇所のショートにより、帰還制御回路
6、7の一方(特に接続点J2、J3)に多大な電流が
流れる場合には、消灯の制御を設定した基準値に受光電
流の値が達する前に、その帰還制御回路に接続する電流
制御素子が、駆動電流を遮断する。従って、レーザ光の
発光出力が異常に増大することを防止できるとともに、
低い発光出力で消灯してしまうことで、回路素子のショ
ートを発見できる。
【0053】逆に、例えば、帰還抵抗R2とNPNトラ
ンジスタ8のベース間等、帰還制御回路の一部が開放
し、常時絶縁状態となると、絶縁された帰還制御回路
6、7の一方には、受光電流が流れないが、他方の帰還
制御回路に集中して流れ、消灯の制御を設定した基準値
に受光電流の値が達する前に、他方の帰還制御回路に接
続する電流制御素子が、駆動電流を遮断する。従って、
この場合にも、レーザ光の発光出力が異常に増大するこ
とを防止できるとともに、低い発光出力で消灯してしま
うことで、回路素子の絶縁を発見できる。
【0054】これに加えて、第1、第2帰還制御回路
6、7に、それぞれ2個のトランジスタをダーリントン
接続したトランジスタブリッジ10、13を用いている
ので、トランジスタブリッジを構成する一方のトランジ
スタの端子間に短絡、開放等の故障があっても、他方の
トランジスタの電流増幅、スイッチング機能が保たれる
ので、レーザ光の異常発光出力を制御できる。
【0055】例えば、一方のNPNトランジスタ8のベ
ース、エミッタ間やベース、コレクタ間が故障し短絡す
ると、NPNトランジスタ8は、電流増幅機能を失う
が、他方のNPNトランジスタ9の電流増幅機能は保た
れるので、受光電流が増加した場合に、J2の電位を低
下させて、電流制御素子4をオフ制御し、発光出力の上
昇を停止させることができる。
【0056】本実施の形態では、フォトダイオードPD
に流れる受光電流は、抵抗R1で分流され、更に、第1
帰還制御回路6と第2帰還制御回路7に分流されるの
で、その値の変化は小さいが、2個のトランジスタをダ
ーリントン接続して増幅するので、その変化を大きく増
幅して電流制御素子へ帰還させることができ、レーザダ
イオードLDの発光出力に対してきめ細かく応動制御で
きる。
【0057】以上の実施の形態では、第1、第2帰還制
御回路6、7にダーリントン接続した2個のトランジス
タからなるトランジスタブリッジを用いているが、受光
電流の値により、電流制御素子を阻止できる回路であれ
ば、必ずしもトランジスタブリッジを用いる必要はな
い。
【0058】また、トランジスタブリッジを構成する2
個のトランジスタは、逆極性の回路に接続する2個のP
NPトランジスタであってもよい。
【0059】また、電流制御素子は、半導体レーザの駆
動電流をオン、オフ制御できるものであれば、他のスイ
ッチング素子で構成してもよい。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モニタ用受光素子の出力に、2つの帰還制御回路を並列
に接続し、いずれかが故障しても、他方の帰還制御回路
に接続する電流制御素子で、半導体レーザの駆動電流を
停止させることができるので、レーザ光の発光出力を安
定して制御できる。
【0061】また、設定した基準値に達する前に半導体
レーザの駆動が停止することにより、いずれかの回路素
子の故障を発見できる。
【0062】これに加えて、請求項2の発明では、トラ
ンジスタブリッジを構成するいずれかのトランジスタが
故障しても、他方のトランジスタの電流増幅、スイッチ
ング機能は、損なわれない場合があるので、更に、確実
にレーザ光の発光出力を確実に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザLD
の駆動制御装置1の回路図である。
【図2】従来の半導体レーザLDの駆動制御装置100
の回路図である。
【符号の説明】
3 電源回路 4 第1電流制御素子(NPNトランジスタ) 5 第2電流制御素子(NPNトランジスタ) 6 第1帰還制御回路 7 第2帰還制御回路 8、11 第1トランジスタ(NPNトランジスタ) 9、12 第2トランジスタ(NPNトランジスタ) LD 半導体レーザ(レーザダイオード) PD モニタ用受光素子(フォトダイオード)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を発光する半導体レーザ(L
    D)と、 半導体レーザ(LD)に駆動電流を供給する電源回路
    (3)と、 電源回路(3)に直列に接続され、駆動電流を制御する
    電流制御素子と、 レーザ光を受光するモニタ用受光素子(PD)と、 モニタ用受光素子(PD)と、電流制御素子の間に直列
    に接続され、モニタ用受光素子(PD)の受光量が基準
    値を越えた際に、電流制御素子へ駆動電流をオフ制御す
    る制御信号を出力する帰還制御回路とを備えた半導体レ
    ーザの駆動制御装置において、 電源回路(3)に、第1電流制御素子(4)と第2電流
    制御素子(5)を直列に接続するとともに、 モニタ用受光素子(PD)と、第1電流制御素子(4)
    及び第2電流制御素子(5)との間に、それぞれ第1帰
    還制御回路(6)と第2帰還制御回路(7)を並列に接
    続したことを特徴とする半導体レーザの駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 第1帰還制御回路(6)と第2帰還制御
    回路(7)の少なくとも一方の帰還制御回路は、第1ト
    ランジスタ(8)(11)のベースへ第2トランジスタ
    (9)(12)のエミッタを接続し、第1トランジスタ
    (8)(11)のエミッタを接地したトランジスタブリ
    ッジを有し、 第2トランジスタ(9)(12)のベースをモニタ用受
    光素子(PD)へ接続するととともに、 第1トランジスタ(8)(11)と第2トランジスタ
    (9)(12)の共通するコレクタと電源回路(3)と
    の接続点を、電源回路(3)にコレクタとエミッタを直
    列に接続したトランジスタのベースへ接続し、 トランジスタブリッジを有する帰還制御回路(6)
    (7)を、モニタ用受光素子(PD)と、電流制御素子
    (4)(5)の間に接続したことを特徴とする請求項1
    記載の半導体レーザの駆動制御装置。
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