JP2006066654A - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】不意の電流突入やレーザダイオードを駆動する駆動素子の破損時にも、レーザダイオードに過剰な電流を流さず、安全性の高いレーザダイオード駆動回路を提供する。
【解決手段】直流電源１と抵抗Ｒ１の一端が接続されており、抵抗Ｒ１の他端はコンデンサＣとレーザダイオード３のアノードに接続されている。コンデンサＣの端子のうち、抵抗Ｒ１と接続されている端子の反対側は接地されている。バッファ２はトランジスタＴＲ１のゲートと接続されており、トランジスタＴＲ１のドレインとレーザダイオード３のカソードとの間に電流制限抵抗Ｒ２が接続されている。抵抗Ｒ１とコンデンサＣとで、直流電源１の電源ラインに対してローパスフィルタを形成する。抵抗Ｒ１により、レーザダイオード３に流れる直流電流を制限する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザダイオードに駆動信号を与えて光パルス波を発生させるレーザダイオード駆動回路に関する。

従来、レーザダイオード駆動回路としては、図１２に示す回路が知られている。パルス発生器２１、バッファ２２、駆動素子２３、レーザダイオード２４、電流制限抵抗２５等から構成されており、パルス発生器２１から発生したパルス信号はバッファ２２に入力し、バッファ２２から出力されるパルス電流によって駆動素子２３をオンにしてレーザダイオード２４に電流を流し、レーザ光を発生させる。レーザダイオード２４に過電流が流れないようするために電流制限抵抗２５が設けられており、一定の電流値以上にならないようにしている。

実開平６−２９１６１号公報 特許第２６８４６９７号公報

しかし、上記従来のレーザダイオード駆動回路では、電流制限抵抗２５は、ピーク時の電流を想定した値となっているため、不意の突入電流や、駆動素子２３の破損等により、過剰な電流がレーザダイオードに流れてしまい、過剰発光やレーザダイオード自身の破損を生じる。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、不意の電流突入やレーザダイオードを駆動する駆動素子の破損時にも、レーザダイオードに過剰な電流を流さず、安全性の高いレーザダイオード駆動回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、パルス状の駆動信号を駆動素子に与えることによって供給電源に接続されたレーザダイオードに電流を流し、レーザ光を発生させるレーザダイオード駆動回路において、前記供給電源と前記レーザダイオードとの間に接続された抵抗と、前記供給電源と前記レーザダイオードとの間から接地ラインに接続されたコンデンサとを備えたことを特徴とするレーザダイオード駆動回路である。

また、請求項２記載の発明は、前記抵抗は可変抵抗であることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路である。

また、請求項３記載の発明は、前記可変抵抗は抵抗アレイであって、選択信号により抵抗値の選択を行うことができることを特徴とする請求項２記載のレーザダイオード駆動回路である。

また、請求項４記載の発明は、前記レーザダイオードの駆動時の駆動電流を検出する電流検出器を備え、前記選択信号は前記電流検出器から供給されることを特徴とする請求項３記載のレーザダイオード駆動回路である。

また、請求項５記載の発明は、パルス状の駆動信号を駆動素子に与えることによって供給電源に接続されたレーザダイオードに電流を流し、レーザ光を発生させるレーザダイオード駆動回路において、前記供給電源と前記レーザダイオードとの間から接地ラインに接続されたコンデンサと、前記供給電源と前記コンデンサとの間に接続されたスイッチング素子と、前記駆動信号を遅延させて前記駆動素子に与える遅延回路とを備え、前記スイッチング素子には前記駆動信号の反転信号を加えることを特徴とするレーザダイオード駆動回路である。

また、請求項６記載の発明は、前記遅延回路と駆動素子との間に接続された第１のバッファと、前記スイッチング素子の制御端子に接続された第２のバッファと、前記駆動信号を反転させて前記第２のバッファに供給するインバータとを備え、前記第１のバッファ、第２のバッファは入力信号の立ち上がり時にのみ短パルスを出力するように構成したことを特徴とする請求項５記載のレーザダイオード駆動回路である。

また、請求項７記載の発明は、前記遅延回路、インバータ、第１のバッファ、第２のバッファをＮＡＮＤ回路のみで構成したことを特徴とする請求項６記載のレーザダイオード駆動回路である。

本発明によれば、不意の電流突入やレーザダイオードを駆動する駆動素子の破損時にも、レーザダイオードに過剰な電流が流れることを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明のレーザダイオード駆動回路の基本構成例を示す図である。

図１に示すように、直流電源１と抵抗Ｒ１の一端が接続されており、抵抗Ｒ１の他端はコンデンサＣとレーザダイオード３のアノードに接続されている。コンデンサＣの端子のうち、抵抗Ｒ１と接続されている端子の反対側は接地されている。トランジスタＴＲ１は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた駆動素子である。

バッファ２はトランジスタＴＲ１のゲートと接続されており、トランジスタＴＲ１のドレインとレーザダイオード３のカソードとの間に電流制限抵抗Ｒ２が接続されている。外部入力端子からパルス信号ＬＤＤＲ（駆動信号）が入力されてバッファ２に供給されると、入力信号がバッファ２で増幅されて出力し、この出力電流を受けてＴＲ１がオンとなりレーザダイオード３に電流が流れるので、レーザ光がレーザダイオード３から発生する。電流制限抵抗Ｒ２は、レーザダイオード３に流れる電流を制限する役割を果している。

図２は、図１の構成で駆動信号ＬＤＤＲが入力された場合に、ＬＤＤＲ信号に対応してａ点の電圧Ｖａがどのように変化するのかを示す。ＬＤＤＲ信号が図２のようにパルス信号で供給されると、ＬＤＤＲ信号の信号周期Ｔのうちパルス幅を除いた期間（信号がLowの期間）は、ＴＲ１がオフとなっているため、直流電源１（電圧をＶｃｃとする）により、コンデンサＣが充電されていき、Ｖａはほぼ電圧Ｖｃｃにまで到達する。

信号周期Ｔのうちパルス幅の期間（信号がHighの期間）になると、ＴＲ１がオンとなり、コンデンサに充電された電荷がＴＲ１に向かって流れるとともに、直流電源１からもＴＲ１に電流が流れる。コンデンサＣが放電するのでＶａは電圧０付近まで低下する。そしてＬＤＤＲ信号がLowになると、再びコンデンサＣが充電されていき、上記の動作が繰り返される。

ところで、破線で囲んだ部分の構成、抵抗Ｒ１とコンデンサＣとで、直流電源１の電源ラインに対してローパスフィルタを形成しているので、直流電源からの突入電流を防止することができる。抵抗Ｒ１により、レーザダイオード３に流れる直流電流を制限することができ、異常時にも過剰発光等を防止することができる。ＴＲ１のオン時に、コンデンサＣからも電流がレーザダイオード３に供給されるので、コンデンサＣの容量を選択することで、ＴＲ１のオン時に任意のピーク電流をコンデンサＣからレーザダイオード３に供給することができる。

図３は、図１の抵抗Ｒ１を可変抵抗Ｒ３に置き換えた回路構成となっている。図４は、可変抵抗Ｒ３の抵抗値を変化させた場合のａ点における電圧Ｖａの変化を対比させたものである。図４の上段は、図１の抵抗Ｒ１と同様の抵抗値にＲ３を設定した場合のＶａの変化を示し、中段はＲ３の抵抗値を変化させ、信号周期Ｔの２周期分かかってコンデンサＣがＶａまで充電される様子を示し、下段は中段の図の状態で信号周期ＴでＴＲ１をオン−オフさせた場合のＶａの変化を示す。

Ｒ３の抵抗値を小さくしておけば、コンデンサＣへの充電は短時間で済み、図４上段の図のように、ＬＤＤＲ信号の信号周期ＴのうちＴＲ１をオフにしている期間にコンデンサＣの電圧をほぼＶｃｃにまで到達させることができるが、Ｒ３の抵抗値を大きくすると、コンデンサＣへの充電時間が長くなるので、コンデンサＣの電圧をほぼＶｃｃに到達させるには、ＬＤＤＲ信号の信号周期Ｔの１周期分では足りずに、例えば図４の中段の図に示すように２周期分かかることになる。

この場合、ＴＲ１がオンになるとコンデンサＣの放電が始まるが、信号周期Ｔの１周期の時点では、図４の下段の図に示すように、コンデンサＣはＶｃｃよりもかなり低い電圧値に充電されており、この電圧値から放電が始まるため、レーザダイオード３に流れる電流量も小さくなる。充電時間は時定数Ｒ３×Ｃにより決まる。このように可変抵抗Ｒ３を変化させることで、レーザダイオード３に流れる電流量を変えることができ、出力レーザ光のパワーを変化させることができる。

図５は、図３の可変抵抗Ｒ３に代えて抵抗アレイ６を配置し、この抵抗アレイ６内の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４を切り替えるために選択信号が外部から入力されるようになっている。選択信号により、抵抗アレイ６の抵抗値を変化させることができ、出力レーザ光のパワーを外部から任意に変更することができる。

図６は、図５の抵抗アレイの抵抗値を切り替えるために、外部からの選択信号を用いずに、電流検出器７を設けた構成を示す。電流検出器７は、抵抗Ｒ２の両端に接続されており、レーザダイオード３に流れる電流を検出するようになっている。また、電流検出器７は検出した電流が大きいと抵抗アレイ６内の抵抗値を大きい方へ切り替える選択信号を、検出した電流が小さいと抵抗アレイ６内の抵抗値を小さい方へ切り替える選択信号を抵抗アレイ６に対して出力する。

したがって、温度変化などによりレーザダイオード３に流れる電流値が変化した場合でも、前記のように抵抗値を変更することで、電流の変動を抑え、出力レーザ光のパワーを一定に保つことができる。

図７は、スイッチング素子を直流電源１とコンデンサＣとの間に設けた構成例を示す。図１と比較すると、破線で囲まれた回路構成が新しく配置されており、抵抗Ｒ１が取り除かれてスイッチング素子として電界効果トランジスタＴＲ２のソースが直流電源１と接続され、ＴＲ２のドレインがコンデンサＣ及びレーザダイオード３のアノードに接続されている。ＴＲ２のゲートにはバッファ４が接続されてバッファ４にはパルス信号ＬＤＤＲの反転信号が供給されている。一方、パルス信号ＬＤＤＲは遅延回路５を介してバッファ２に供給される。

ＬＤＤＲの反転信号と遅延回路５を通過した後のＬＤＤＲ信号と図７のａ点における電圧Ｖａとの対比を図８に示す。ＴＲ２がオンの期間（ＬＤＤＲの反転信号がLowの期間）に直流電源１によりコンデンサＣが充電される。ＬＤＤＲの反転信号がHighになると、ＴＲ２がオフになり、コンデンサＣへの充電は行われなくなり、Ｖａは直流電源１の電源電圧Ｖｃｃにほぼ到達している。

一方、遅延回路５を通過した後のＬＤＤＲ信号が有する遅延時間をｔｄとするとＴＲ２がオンになる時からＴＲ１がオンになる時までのタイムラグはｔｄとなる。ＴＲ１のオン開始からｔｄ後にＴＲ２がオンになってコンデンサＣの放電が開始され、レーザダイオード３に電流が供給されてレーザ光が出力される。このとき、ＴＲ２はオフとなっており、直流電源１からはレーザダイオード３に電流が供給されない構成となっている。

したがって、直流電源からの突入電流や過電流をＴＲ２のスイッチング動作により遮断することができるので、レーザダイオードの過剰発光や破損を防止することができる。また、トランジスタＴＲ１またはトランジスタＴＲ２のどちらかが誤動作したり、駆動信号（外部からの入力信号）が誤動作してもレーザダイオードに過電流が流れるのを防止することができる。さらに、図１とは異なり、抵抗Ｒ１がないので、コンデンサの充電を高速に行うことができ、コンデンサの充電から放電までの期間を短縮することができるので、駆動信号ＬＤＤＲの周期を短くすることができるため、高速にレーザダイオードの発光を行える。

図９は、図８における外部からの入力信号を１つにしてインバータを設けた構成例を示す。制御信号（外部入力信号）をＬＤＤＲの一つにして、一方を遅延回路５、バッファ２を介してＴＲ１の駆動信号とし、他方をインバータ８、バッファ４を介してＴＲ２のスイッチング信号としている。

また、図１０の上段の図に示すように、特にバッファ２及びバッファ４は、インバータ５１とＡＮＤ回路５２とで構成するようにしても良い。このようにバッファを構成すると、バッファへの入力信号がLowの状態では、ＡＮＤ回路５２の出力はLowとなっているが、入力信号がHighになると、インバータ５１から反転信号が出力されるまで少しのタイムラグがあるので、その間は、ＡＮＤ回路５２の入力端子には両方ともにHigh信号が加えられているため、ＡＮＤ回路５２の出力はHighとなり、短いパルス幅のパルスが１つ出力される。

この状態を示すのが、図１０の中段と下段の図である。図１０の中段の図は、ＬＤＤＲ信号の状態を、図１０の下段の図は、バッファ４の出力を示す。バッファ２の出力でＴＲ２をオンにする信号は、ＬＤＤＲ信号の立ち上がりからわずかに遅れて（インバータ８を通過する時間）１パルス出力される。また、バッファ２もバッファ４と同様の構成としているので、ＬＤＤＲ信号の立ち上がりから遅延回路５が与える遅延時間ｔｄ遅れて１パルス出力される。

以上のように、バッファを構成することで、制御信号ＬＤＤＲが誤動作でオン（High）となり続けても、ＴＲ１及びＴＲ２ともに、１パルスの駆動信号しか入力されないので、レーザダイオード３に過剰電流が流れるのを防止することができる。

図１１は、図９の構成のうち、バッファ２、バッファ４、遅延回路５、インバータ６をＮＡＮＤロジックにより構成した回路を示す。図１１のように６個のＮＡＮＤ回路を用いることで、少ない部品点数で安価に回路を構成することができる。また、６個のＮＡＮＤ回路を集積して１個のＩＣとした６回路ＮＡＮＤロジックＩＣを用いれば、１部品で安価に構成することもできる。

本発明のレーザダイオード駆動回路の基本構成例を示す図である。 図１の構成で外部からの入力信号とａ点における電圧の変化を示す図である。 図１の構成でＲ１を可変抵抗に置き換えた構成を示す図である。 図３で可変抵抗Ｒ３の抵抗値を変化させた場合のａ点における電圧の変化を示す図である。 図３の可変抵抗Ｒ３に代えて抵抗アレイを配置した構成を示す図である。 図５の構成に電流検出器を設けた構成を示す図である。 本発明のレーザダイオード駆動回路の他の基本構成例を示す図である。 図７の構成で外部からの入力信号とａ点における電圧の変化を示す図である。 図８における外部からの入力信号を１つにしてインバータを設けた構成を示す図である。 図９のバッファの回路構成例とバッファ出力信号の状態を示す図である。 図９の回路でバッファ、遅延回路、インバータをＮＡＮＤロジックにより構成した例を示す図である。 従来のレーザダイオード駆動回路構成を示す図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ バッファ
３ レーザダイオード
４ バッファ
５ 遅延回路
６ 抵抗アレイ
７ 電流検出器
８ インバータ

Claims (7)

1. パルス状の駆動信号を駆動素子に与えることによって供給電源に接続されたレーザダイオードに電流を流し、レーザ光を発生させるレーザダイオード駆動回路において、
   前記供給電源と前記レーザダイオードとの間に接続された抵抗と、
   前記供給電源と前記レーザダイオードとの間から接地ラインに接続されたコンデンサとを備えたことを特徴とするレーザダイオード駆動回路。
2. 前記抵抗は可変抵抗であることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路。
3. 前記可変抵抗は抵抗アレイであって、選択信号により抵抗値の選択を行うことができることを特徴とする請求項２記載のレーザダイオード駆動回路。
4. 前記レーザダイオードの駆動時の駆動電流を検出する電流検出器を備え、前記選択信号は前記電流検出器から供給されることを特徴とする請求項３記載のレーザダイオード駆動回路。
5. パルス状の駆動信号を駆動素子に与えることによって供給電源に接続されたレーザダイオードに電流を流し、レーザ光を発生させるレーザダイオード駆動回路において、
   前記供給電源と前記レーザダイオードとの間から接地ラインに接続されたコンデンサと、
   前記供給電源と前記コンデンサとの間に接続されたスイッチング素子と、
   前記駆動信号を遅延させて前記駆動素子に与える遅延回路とを備え、
   前記スイッチング素子には前記駆動信号の反転信号を加えることを特徴とするレーザダイオード駆動回路。
6. 前記遅延回路と駆動素子との間に接続された第１のバッファと、
   前記スイッチング素子の制御端子に接続された第２のバッファと、
   前記駆動信号を反転させて前記第２のバッファに供給するインバータとを備え、
   前記第１のバッファ、第２のバッファは入力信号の立ち上がり時にのみ短パルスを出力するように構成したことを特徴とする請求項５記載のレーザダイオード駆動回路。
7. 前記遅延回路、インバータ、第１のバッファ、第２のバッファをＮＡＮＤ回路のみで構成したことを特徴とする請求項６記載のレーザダイオード駆動回路。
   

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