JP2022177325A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザダイオードを効率的に発光させることができる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置Ａ１は、レーザダイオードＬＤの駆動制御を行う。駆動装置Ａ１は、導通状態と遮断状態とが切り替わるスイッチング素子Ｑ１と、コンデンサＣ１と、帰還ダイオードＤ１と、電源電圧が供給される入力端子（コネクタ端子Ｔ１）と、を備えている。コンデンサＣ１は、第１端Ｃ１１がレーザダイオードＬＤのカソードに接続され、第２端Ｃ１２がスイッチング素子Ｑ１（ドレイン）に接続されており、帰還ダイオードＤ１は、アノードが、コンデンサＣ１の第１端Ｃ１１とレーザダイオードＬＤのカソードとの接続点に接続されており、入力端子（コネクタ端子Ｔ１）は、コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２とスイッチング素子Ｑ１（ドレイン）との接続点に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本開示は、レーザダイオードの駆動制御を行う駆動装置に関する。

光学ドライブの光ピックアップ、コピー機やプリンターなどのＯＡ機器、光ファイバーを用いた通信機器、および、光学式測距装置などに、レーザダイオードが利用されている。特許文献１には、従来のレーザダイオードの駆動装置が開示されている。特許文献１に記載の駆動装置は、スイッチング素子およびパルス生成回路を備えている。スイッチング素子は、たとえばトランジスタであり、パルス生成回路からの駆動パルスにより、導通状態と遮断状態とが切り替わる。スイッチング素子は、レーザダイオードに、直列に接続されている。この駆動装置においては、スイッチング素子を導通状態にしたときに、レーザダイオードに順方向電流が流れ、レーザダイオードが発光する。

特開２０１６－１６１５３３号公報

特許文献１に記載の駆動装置においては、スイッチング素子が導通状態であるとき、レーザダイオードに電流が流れるとともに、スイッチング素子にもドレイン－ソース間に電流が流れる。この構成では、スイッチング素子の寄生インダクタンス成分や寄生抵抗成分によって、レーザダイオードに流れる電流量が減少していた。

本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、レーザダイオードを効率的に発光させることができる駆動装置を提供することにある。

本開示の駆動装置は、レーザダイオードの駆動制御を行う駆動装置であって、導通状態と遮断状態とが切り替わるスイッチング素子と、コンデンサと、第１ダイオードと、電源電圧が供給される入力端子と、を備えており、前記コンデンサは、第１端が前記レーザダイオードのカソードに接続され、第２端が前記スイッチング素子に接続されており、前記第１ダイオードは、アノードが、前記コンデンサの前記第１端と前記レーザダイオードのカソードとの間に接続されており、前記入力端子は、前記コンデンサの前記第２端と前記スイッチング素子との間に接続されていることを特徴とする。

本開示の駆動装置によれば、レーザダイオードを効率的に発光させることができる。

駆動装置の回路構成を示す図である。 駆動装置の動作例を示す図である。 駆動装置の動作例を示す図である。 駆動装置のモジュール構成を示す平面図であり、部品レイアウトおよびランドパターンを示している。 回路基板の配線層（第１層）を示す平面図である。 回路基板の配線層（第２層）を示す平面図である。 回路基板の配線層（第３層）を示す平面図である。 回路基板の配線層（第４層）を示す平面図である。 配線層（第１層）上に形成されたはんだ層を示す平面図である。 配線層（第４層）下に形成されたはんだ層を示す平面図である。 スイッチング素子を示す平面図である。 変形例にかかる駆動装置のモジュール構成を示す平面図である。 変形例にかかる駆動装置のモジュール構成を示す平面図である。

本開示の駆動装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下の説明において、同一あるいは類似の構成要素については、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図１～図１１は、本実施形態にかかる駆動装置Ａ１を示している。駆動装置Ａ１は、レーザダイオードＬＤの駆動（レーザ光の照射）を制御する。駆動装置Ａ１は、レーザダイオードＬＤに駆動電流を供給し、駆動電流に応じた輝度で、レーザダイオードＬＤを発光させる。駆動装置Ａ１に接続されるレーザダイオードＬＤは、いわゆるＴＯ－Ｃａｎパッケージ型であってもよいし、面実装型であってもよい。

まず、駆動装置Ａ１の回路構成例について、図１を参照して、説明する。図１は、駆動装置Ａ１を示す回路構成図である。図１に示すように、駆動装置Ａ１は、その回路構成において、スイッチング素子Ｑ１、複数のコンデンサＣ１、複数のシャント抵抗Ｒ１、帰還ダイオードＤ１、放電ダイオードＤ２、ドライブ回路ＤＲ、パルス生成回路ＰＧ、複数のコネクタ端子Ｔ１～Ｔ３、ソケット端子Ｔ４、接続端子Ｔ５、および、２つの電源部ＰＳ１，ＰＳ２を備えている。図１においては、レーザダイオードＬＤの接続を想像線（二点鎖線）で示している。

スイッチング素子Ｑ１は、図１に示すように、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）である。スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、その他のトランジスタであってもよい。スイッチング素子Ｑ１は、半導体材料から構成される。当該半導体材料は、たとえばＧａＮ（窒化ガリウム）である。当該半導体材料は、ＧａＮに限定されず、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、あるいは、Ｇａ₂Ｏ₃（酸化ガリウム）などであってもよい。

スイッチング素子Ｑ１は、図１に示すように、ドレインが各コンデンサＣ１に接続され、ソースが接地端ＧＮＤに接続され、ゲートがドライブ回路ＤＲに接続されている。接地端ＧＮＤは、基準電位を与える。スイッチング素子Ｑ１は、ドライブ回路ＤＲからゲートに駆動信号が入力され、当該駆動信号に応じて、導通状態と遮断状態とが切り替わる。以下において、導通状態と遮断状態とが切り替わる動作を「スイッチング動作」という場合がある。導通状態は、ドレイン－ソース間に電流が流れる状態であり、遮断状態は、ドレイン－ソース間に電流が流れない状態である。駆動信号は、たとえばオン信号とオフ信号とが交互に切り替わるパルス波である。スイッチング素子Ｑ１は、たとえば、駆動信号がオン信号の時に、導通状態となり、駆動信号がオフ信号の時に、遮断状態となる。

複数のコンデンサＣ１は、図１に示すように、互いに並列に接続されている。各コンデンサＣ１は、第１端Ｃ１１がレーザダイオードＬＤのカソードに接続され、第２端Ｃ１２がスイッチング素子Ｑ１のドレインに接続されている。また、各コンデンサＣ１の第１端Ｃ１１は、帰還ダイオードＤ１のアノードおよび放電ダイオードＤ２のアノードにもそれぞれ接続されている。各コンデンサＣ１は、電源部ＰＳ１に接続されており、電源部ＰＳ１から電源電圧ＶＬＤが印加される。コンデンサＣ１が、特許請求の範囲に記載の「コンデンサ」に相当する。

複数のシャント抵抗Ｒ１は、図１に示すように、互いに並列に接続されている。各シャント抵抗Ｒ１は、第１端Ｒ１１が帰還ダイオードＤ１のカソードおよびレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、第２端Ｒ１２が接地端ＧＮＤに接続されている。シャント抵抗Ｒ１が、特許請求の範囲に記載の「抵抗器」に相当する。

帰還ダイオードＤ１は、図１に示すように、アノードがレーザダイオードＬＤのカソードに接続され、カソードがレーザダイオードＬＤのアノードに接続されている。また、帰還ダイオードＤ１は、アノードが各コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２に接続され、カソードが各シャント抵抗Ｒ１の第１端Ｒ１１に接続されている。帰還ダイオードＤ１は、図１に示すように、アノードが各コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２とレーザダイオードＬＤのカソードとの接続点に接続されている。図１に示す例示においては、帰還ダイオードＤ１は、ショットキーバリアダイオードである。帰還ダイオードＤ１が、特許請求の範囲に記載の「第１ダイオード」に相当する。

放電ダイオードＤ２は、図１に示すように、アノードがコンデンサＣ１の第２端Ｃ１２に接続され、カソードが抵抗器を介して接地端ＧＮＤに接続されている。図１に示す例示においては、放電ダイオードＤ２は、ショットキーバリアダイオードである。放電ダイオードＤ２が、特許請求の範囲に記載の「第２ダイオード」に相当する。

パルス生成回路ＰＧは、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御するためのパルス信号を生成する。パルス生成回路ＰＧは、コネクタ端子Ｔ１から制御信号が入力され、当該制御信号に基づき、パルス信号を生成する。パルス生成回路ＰＧは、生成したパルス信号をドライブ回路ＤＲに出力する。本実施形態におけるパルス信号は、たとえば、周波数が２０ｋＨｚ（周期が５００００ｎｓｅｃ）、オン時間は５０ｎｓｅｃである矩形波である。よって、このパルス信号のデューティ比は０．１％である。

ドライブ回路ＤＲは、スイッチング素子Ｑ１を駆動させる（スイッチング動作させる）ための駆動信号を生成する。ドライブ回路ＤＲは、パルス生成回路ＰＧからパルス信号が入力され、当該パルス信号に基づき、駆動信号を生成する。駆動信号は、たとえば、パルス信号をスイッチング素子Ｑ１の駆動に必要な電圧まで昇圧した信号である。ドライブ回路ＤＲは、ドライブＩＣ９を含んでおり、駆動信号はこのドライブＩＣ９により生成される。ドライブ回路ＤＲは、生成した駆動信号を、ゲート抵抗Ｒ２を介して、スイッチング素子Ｑ１のゲートに出力する。なお、ゲート抵抗Ｒ２は、必要に応じて設ければよい。

コネクタ端子Ｔ１は、電源電圧ＶＬＤの入力端子である。コネクタ端子Ｔ１には、駆動装置Ａ１の外部に設けられた直流電源（外部電源）が接続され、この外部電源から電源電圧ＶＬＤが供給される。電源電圧ＶＬＤは、レーザダイオードＬＤの駆動に利用され、たとえば３Ｖ以上１００Ｖ以下である。また、コネクタ端子Ｔ１は、制御信号の入力端子でもある。コネクタ端子Ｔ１は、たとえばプラグ型の端子である。

各コネクタ端子Ｔ２，Ｔ３は、たとえば同軸ケーブルが接続されうるジャック型の端子である。

ソケット端子Ｔ４は、ＴＯ－Ｃａｎパッケージ型のレーザダイオードを接続するための端子である。よって、レーザダイオードＬＤがＴＯ－Ｃａｎパッケージ型の場合、ソケット端子Ｔ４にレーザダイオードＬＤが接続される。ソケット端子Ｔ４が、特許請求の範囲に記載の「第１端子」に相当する。

接続端子Ｔ５は、面実装型のレーザダイオードを接続するための端子である。よって、レーザダイオードＬＤが面実装型の場合、接続端子Ｔ５にレーザダイオードＬＤが接続される。接続端子Ｔ５が、特許請求の範囲に記載の「第２端子」に相当する。

電源部ＰＳ１は、図１に示すように、コネクタ端子Ｔ１と複数のコンデンサＣ１との間に接続される。電源部ＰＳ１は、電解コンデンサＣ２、逆流防止ダイオードＤ３、リアクトルＬ１、充電抵抗Ｒ３などを含んでいる。電解コンデンサＣ２は、いわゆるバイパスコンデンサであって、入力される電圧（電源電圧ＶＬＤ）を安定させる。逆流防止ダイオードＤ３は、各コンデンサＣ１側から外部電源（コネクタ端子Ｔ１）側に電流が流れることを防止する。リアクトルＬ１は、入力される電圧を昇圧する。充電抵抗Ｒ３は、外部電源（コネクタ端子Ｔ１）側から各コンデンサＣ１に向かう電流の電流量を調整する。これらは、適宜必要に応じて接続すればよい。

電源部ＰＳ２は、動作電圧Ｖ１を発生させる。動作電圧Ｖ１は、主に、パルス生成回路ＰＧを構成する各電子部品の駆動に利用される。動作電圧Ｖ１は、たとえば３．３Ｖであるが、これに限定されない。

その他、駆動装置Ａ１は、その回路構成において、図１に示すように、２つのテストポイントＴＰ１，ＴＰ２を備えている。各テストポイントＴＰ１，ＴＰ２は、信号検出用の端子である。

次に、駆動装置Ａ１によるレーザダイオードＬＤの駆動制御（発光動作）について、図２および図３を参照して、説明する。図２および図３は、図１に示す駆動装置Ａ１の回路構成から、レーザダイオードＬＤの発光動作における主要な電子部品を抜粋した図である。図２および図３においては、複数のコンデンサＣ１および複数のシャント抵抗Ｒ１をそれぞれ１つずつ示している。また、図２および図３に示す直流電源は、図１に示すコネクタ端子Ｔ１に接続された外部電源と、電源部ＰＳ１とに相当する。図２は、スイッチング素子Ｑ１が遮断状態であるときを示しており、図３は、スイッチング素子Ｑ１が導通状態であるときを示している。

スイッチング素子Ｑ１を遮断状態にすると、図２に示すように、直流電源から各コンデンサＣ１に電流が流れる（破線で示す電流経路参照）。この電流により、各コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２に電荷がたまり、各コンデンサＣ１が充電される。このとき、直流電源の電源電圧がＶＬＤとすると、各コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２の電位は、電源電圧ＶＬＤとなる。なお、各コンデンサＣ１が満充電になると、この電流は流れなくなる。また、スイッチング素子Ｑ１が遮断状態のとき、レーザダイオードＬＤには電圧が印加されず、レーザダイオードＬＤは発光しない。

一方、スイッチング素子Ｑ１を導通状態にすると、図３に示すように、スイッチング素子Ｑ１を介して、各コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２が接地端ＧＮＤに導通する。これにより、当該第２端Ｃ１２が基準電位に接地され、各コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２の電位が基準電位に変動する（低下する）。このとき、各コンデンサＣ１の第１端Ｃ１１と第２端Ｃ１２との電位差は一定であるため、各コンデンサＣ１の第１端Ｃ１１の電位も、第２端Ｃ１２の電位変動分、変動する（低下する）。つまり、図３に示すようにコンデンサＣ１の第１端Ｃ１１の電位は基準電位（ＧＮＤ）となり、第２端Ｃ１２の電位は、基準電位と電源電圧ＶＬＤとの差（ＧＮＤ－ＶＬＤ）となる。これにより、レーザダイオードＬＤのアノード側がカソード側よりも高電位となり、レーザダイオードＬＤに順方向電流が流れる。つまり、レーザダイオードＬＤが発光する。本実施形態においては、図３に示すように、シャント抵抗Ｒ１からレーザダイオードＬＤ、放電ダイオードＤ２を通る電流経路と、レーザダイオードＬＤと帰還ダイオードＤ１とを通る電流経路とが生じる（破線で示す各電流経路参照）。

次に、駆動装置Ａ１のモジュール構成例について、図４～図１１を参照して説明する。説明の便宜上、図４～図１１において、互いに直交する３つの方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と定義する。ｚ方向は、駆動装置Ａ１の厚さ方向である。ｘ方向は、駆動装置Ａ１の平面図（図４参照）における左右方向である。ｙ方向は、駆動装置Ａ１の平面図（図４参照）における上下方向である。ｘ方向が、特許請求の範囲に記載の「第１方向」に相当し、ｙ方向が、特許請求の範囲に記載の「第２方向」に相当する。

駆動装置Ａ１は、そのモジュール構成において、回路基板１０と、複数の電子部品とを備えている。当該複数の電子部品は、図１に示す回路構成における複数の電子部品に対応しており、回路基板１０に実装されている。

図４は、回路基板１０上の部品レイアウトおよびランドパターンを示している。図４においては、複数の電子部品を想像線（二点鎖線）で示している。

回路基板１０は、図４に示すように、平面視において、略矩形状である。回路基板１０の厚さ方向は、ｚ方向と一致する。回路基板１０は、たとえば、ｘ方向の寸法が７０．０ｍｍであり、ｙ方向の寸法が４５．０ｍｍである。回路基板１０の平面視寸法は、これに限定されず、適宜変更されうる。

回路基板１０は、たとえば積層基板であり、互いに絶縁層を介して積層された複数の配線層Ｌｙ１～Ｌｙ４を含んでいる。図５～図８はそれぞれ、各配線層Ｌｙ１～Ｌｙ４を示す平面図である。図５～図８に示すように、各配線層Ｌｙ１～Ｌｙ４には、配線パターン２０が配置されている。図５～図８において、配線パターン２０を黒色で塗りつぶしている。

配線層Ｌｙ１は、回路基板１０における第１層であり、最上層である。配線層Ｌｙ１上に、各電子部品が搭載される。配線層Ｌｙ１の上面には、図９に示すはんだ層２１が形成されている。図９において、はんだ２１０が形成される領域を黒色で塗りつぶしている。また、このはんだ層２１は、部分的にレジスト膜（図示略）で覆われている。このレジスト膜から露出したはんだ２１０が、図４に示すランドパターンに相当する。配線層Ｌｙ４は、回路基板１０における第４層であり、最下層である。配線層Ｌｙ４の下面には、図１０に示すはんだ層２２が形成されている。図１０において、はんだ２２０が形成される領域を黒色で塗りつぶしている。また、このはんだ層２２は、部分的にレジスト膜（図示略）で覆われている。各配線層Ｌｙ２，Ｌｙ３は、回路基板１０における中間層である。配線層Ｌｙ２は、回路基板１０における第２層であり、ｚ方向において、配線層Ｌｙ１と配線層Ｌｙ３とに挟まれている。配線層Ｌｙ３は、回路基板１０における第３層であり、ｚ方向において、配線層Ｌｙ２と配線層Ｌｙ４とに挟まれている。各配線層Ｌｙ２，Ｌｙ３は、図６および図７に示すように、平面視において、基準電位に接地された配線パターン２０が外周縁に沿って形成されている。複数の配線層Ｌｙ１～Ｌｙ４は、上記絶縁層を貫通する貫通ビアによって互いに導通する。

回路基板１０には、図４～図１０に示すように、その四隅にそれぞれ貫通孔ＨＬが形成されている。各貫通孔ＨＬは、回路基板１０をｚ方向に貫通している。各貫通孔ＨＬは、駆動装置Ａ１を支持部材に固定するために設けられており、ボルトなどの締結具などが挿通されうる。平面視において、各貫通孔ＨＬの周囲は、各配線層Ｌｙ１～Ｌｙ４にそれぞれ、基準電位に接地された配線パターン２０が配置されており、接地端ＧＮＤとして利用される。各貫通孔ＨＬは、平面視における中央が、回路基板１０の四隅のそれぞれから、たとえばｘ方向に３．５ｍｍ、ｙ方向に３．５ｍｍの位置にそれぞれ重なるように配置されている。

次に、回路基板１０に実装された各電子部品について、図４に基づいて、説明する。

複数のコンデンサＣ１は、図４に示すように、ｘ方向に並んで配置されており、コンデンサ群Ｃ０を形成する。各コンデンサＣ１は、２つの端子（第１端Ｃ１１および第２端Ｃ１２）がｙ方向に並んでいる。各コンデンサＣ１は、たとえばチップタイプであるが、リードタイプであってもよい。

複数のシャント抵抗Ｒ１は、図４に示すように、ｘ方向に並んで配置されており、シャント抵抗群Ｒ０を形成する。シャント抵抗群Ｒ０が、特許請求の範囲に記載の「抵抗器群」に相当する。各シャント抵抗Ｒ１は、２つの端子（第１端Ｒ１１および第２端Ｒ１２）がｙ方向に並んでいる。各シャント抵抗Ｒ１は、たとえばチップタイプであるが、リードタイプであってもよい。

コンデンサ群Ｃ０とシャント抵抗群Ｒ０とは、図４に示すように、ｙ方向に並んでいる。ｙ方向において、コンデンサ群Ｃ０とシャント抵抗群Ｒ０との間には、ソケット端子Ｔ４および帰還ダイオードＤ１が配置されている。ソケット端子Ｔ４と帰還ダイオードＤ１とは、ｙ方向に隣接している。

スイッチング素子Ｑ１は、図４に示すように、ｙ方向において、コンデンサ群Ｃ０と並んでいる。図４に示す例示においては、スイッチング素子Ｑ１は、ｙ方向において、コンデンサ群Ｃ０に隣接している。スイッチング素子Ｑ１は、ｙ方向において、コンデンサ群Ｃ０を基準に、シャント抵抗群Ｒ０とは反対側に位置する。

ドライブＩＣ９とスイッチング素子Ｑ１とは、図４に示すように、ｙ方向に隣り合っている。スイッチング素子Ｑ１は、駆動装置Ａ１のモジュール構成において、図１１に示すように、ｚ方向下面に複数の電極Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３が形成されている。複数の電極Ｑ１１は、スイッチング素子Ｑ１におけるゲート端子である。複数の電極Ｑ１２は、スイッチング素子Ｑ１におけるドレイン端子である。複数の電極Ｑ１３は、スイッチング素子Ｑ１におけるソース端子である。本実施形態においては、スイッチング素子Ｑ１は、複数の電極Ｑ１１（ゲート端子）が、ｙ方向においてドライブＩＣ９の近くに配置されるように、回路基板１０上に実装されている。各電極Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３の配置は、図１１に示す例示に限定されない。

ドライブ回路ＤＲを構成する各電子部品（図１参照）は、図４に示すように、ｙ方向において、コンデンサ群Ｃ０に並んでおり、コンデンサ群Ｃ０を基準に、シャント抵抗群Ｒ０とは反対側に位置する。ドライブ回路ＤＲを構成する各電子部品とスイッチング素子Ｑ１とは、電磁シールド２８によって覆われている。図４に示すランドパターンには、電磁シールド２８が接合されるパターン２９が示されている。電磁シールド２８は、ドライブ回路ＤＲを構成する各電子部品やスイッチング素子Ｑ１にノイズが重畳されることを抑制する。これにより、ノイズによる、ドライブ回路ＤＲを構成する各電子部品（たとえばドライブＩＣ９）やスイッチング素子Ｑ１の誤動作を抑制している。

図４に示すように、スイッチング素子Ｑ１、ドライブ回路ＤＲ、コンデンサ群Ｃ０（複数のコンデンサＣ１）、シャント抵抗群Ｒ０（複数のシャント抵抗Ｒ１）、帰還ダイオードＤ１、放電ダイオードＤ２、ソケット端子Ｔ４、および、接続端子Ｔ５は、ｙ方向において、回路基板１０の中央よりも一方側に配置されている。

接続端子Ｔ５は、図４に示すように、平面視において、回路基板１０の端縁に沿って配置されている。接続端子Ｔ５は、図４に示すように、ベタパターンである。図４において、接続端子Ｔ５は、ｙ方向における上方に、レーザダイオードのカソードが接続され、ｙ方向における下方に、レーザダイオードのアノードが接続される。なお、接続端子Ｔ５においては、ＴＯ－Ｃａｎパッケージ型のレーザダイオードＬＤを接続することも可能である。たとえば、ＴＯ－Ｃａｎパッケージ型のレーザダイオードにおいて、アノードおよびカソードの各ピン端子を、はんだなどによって、直接接続端子Ｔ５にそれぞれ接合することで、接続端子Ｔ５にＴＯ－Ｃａｎパッケージ型のレーザダイオードを接続できる。

放電ダイオードＤ２は、図４に示すように、ドライブ回路ＤＲやスイッチング素子Ｑ１のｘ方向の隣に配置され、平面視において、回路基板１０の端縁に沿って配置されている。放電ダイオードＤ２と接続端子Ｔ５とは、ｙ方向に並んでいる。放電ダイオードＤ２は、ｙ方向において、コンデンサ群Ｃ０と接地端ＧＮＤ（右上の貫通孔ＨＬ）との間に配置されている。

以上のように構成された、駆動装置Ａ１の作用・効果は、次の通りである。

駆動装置Ａ１は、スイッチング素子Ｑ１およびコンデンサＣ１を備えている。コンデンサＣ１は、第１端Ｃ１１がレーザダイオードＬＤのカソードに接続され、第２端Ｃ１２がスイッチング素子Ｑ１に接続されている。また、電源電圧ＶＬＤが入力されるコネクタ端子Ｔ１は、コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２と、スイッチング素子Ｑ１との接続点に接続されており、これにより、電源電圧ＶＬＤは、コンデンサＣ１の第２端Ｃ１２とスイッチング素子Ｑ１との接続点に印加される。この構成によると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作によって、コンデンサＣ１の電荷を変動させて、この電荷変動によって、レーザダイオードＬＤに順方向電流が流れる（レーザダイオードＬＤが発光する）。このとき、図２および図３に示すように、レーザダイオードＬＤに流れる電流経路上に、スイッチング素子Ｑ１がないため、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抑制できる。したがって、駆動装置Ａ１は、スイッチング素子Ｑ１の寄生インダクタンス成分や寄生抵抗成分によりレーザダイオードＬＤに流れる電流量が低下することを抑制できる。つまり、駆動装置Ａ１は、レーザダイオードＬＤを効率的に発光させることができる。

駆動装置Ａ１は、その回路構成（図１～図３参照）において、直流電源と、レーザダイオードＬＤとの間に各コンデンサＣ１が接続されている。この構成によると、直流電源からの電源電圧ＶＬＤが、直接レーザダイオードＬＤに印加されない。したがって、レーザダイオードＬＤにかかる負荷が低減され、レーザダイオードＬＤの故障が抑制される。

駆動装置Ａ１は、そのモジュール構成（図４参照）において、コンデンサ群Ｃ０とシャント抵抗群Ｒ０とはｙ方向に並んでおり、これらの間にレーザダイオードＬＤが接続されるソケット端子Ｔ４および接続端子Ｔ５を含んでいる。また、放電ダイオードＤ２が、接地端ＧＮＤ（図４の右上の貫通孔ＨＬ）と、ソケット端子Ｔ４あるいは接続端子Ｔ５との間に配置されている。この構成によると、駆動装置Ａ１において、シャント抵抗Ｒ１から、レーザダイオードＬＤおよび放電ダイオードＤ２を介して、接地端ＧＮＤに流れる電流経路（図３参照）を短くすることができる。これにより、駆動装置Ａ１内部の寄生インダクタンス成分や寄生抵抗成分が低減される。

駆動装置Ａ１は、そのモジュール構成（図４参照）において、ソケット端子Ｔ４の直近に帰還ダイオードＤ１が配置されている。この構成によると、各コンデンサＣ１のキャパシタンス成分と、帰還ダイオードＤ１や配線などの寄生インダクタンス成分とによる共振現象を抑制できる。また、レーザダイオードＬＤと帰還ダイオードＤ１とを循環するループ経路（図３参照）を短くできるので、このループ経路における寄生インダクタンス成分や寄生抵抗成分とが抑制される。なお、駆動装置Ａ１のモジュール構成において、帰還ダイオードＤ１が、ソケット端子Ｔ４と接続端子Ｔ５との間に配置されていてもよい。この場合、レーザダイオードＬＤが、ソケット端子Ｔ４および接続端子Ｔ５のいずれに接続された場合であっても、上記共振現象を抑制できる。

駆動装置Ａ１は、互いに並列に接続された複数のコンデンサＣ１を備えている。この構成によると、駆動装置Ａ１内部の寄生インダクタンス成分を減少させることができる。これにより、駆動装置Ａ１内部の寄生インダクタンス成分による電流量の減少と、レーザダイオードＬＤに入力されるパルス幅の増加とを抑制できる。また、駆動装置Ａ１は、互いに並列に接続された複数のシャント抵抗Ｒ１を備えている。この構成によると、複数のコンデンサＣ１と同様に、駆動装置Ａ１内部の寄生インダクタンス成分を減少させることができる。

本実施形態では、駆動装置Ａ１は、ソケット端子Ｔ４と接続端子Ｔ５との両方を備えた場合を示したが、いずれか一方のみを備えた構成であってもよい。たとえば、ソケット端子Ｔ４を備え、接続端子Ｔ５を備えない場合、図１２に示すように構成されうる。一方、ソケット端子Ｔ４を備えず、接続端子Ｔ５を備えた場合、図１３に示すように構成されうる。図１３に示す構成においては、コンデンサ群Ｃ０とシャント抵抗群Ｒ０とがｙ方向に隣接し、帰還ダイオードＤ１と接続端子Ｔ５とがｘ方向に隣接している。

本実施形態では、駆動装置Ａ１は、放電ダイオードＤ２（および放電ダイオードＤ２と接地端ＧＮＤとの間の抵抗器）を備えた場合を示したが、これを備えていなくてもよい。ただし、放電ダイオードＤ２を設けた場合、これを設けない場合よりも、レーザダイオードＬＤの順方向電流の向上、および、レーザダイオードＬＤの電流－電圧特性の測定安定化の向上を図ることができる。

本開示にかかる駆動装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の駆動装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本開示にかかる駆動装置は、以下の付記に関する実施形態を含む。
［付記１］
レーザダイオードの駆動制御を行う駆動装置であって、
導通状態と遮断状態とが切り替わるスイッチング素子と、
コンデンサと、
第１ダイオードと、
電源電圧が供給される入力端子と、
を備えており、
前記コンデンサは、第１端が前記レーザダイオードのカソードに接続され、第２端が前記スイッチング素子に接続されており、
前記第１ダイオードは、アノードが、前記コンデンサの前記第１端と前記レーザダイオードのカソードとの接続点に接続されており、
前記入力端子は、前記コンデンサの前記第２端と前記スイッチング素子との接続点に接続されている、ことを特徴とする駆動装置。
［付記２］
第１端が前記レーザダイオードのアノードに接続された抵抗器をさらに備える、付記１に記載の駆動装置。
［付記３］
前記抵抗器は、第２端が基準電位に接地されている、付記２に記載の駆動装置。
［付記４］
アノードが前記コンデンサの前記第１端に接続された第２ダイオードをさらに備える、付記２または付記３に記載の駆動装置。
［付記５］
前記第２ダイオードは、カソードが、基準電位に接地されている、付記４に記載の駆動装置。
［付記６］
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、付記２ないし付記５のいずれかに記載の駆動装置。
［付記７］
前記スイッチング素子のドレインは、前記コンデンサの前記第２端に接続され、
前記スイッチング素子のソースは、基準電位に接地されており、
前記スイッチング素子のゲートには、前記導通状態と前記遮断状態とを切り替えるための駆動信号が入力される、付記６に記載の駆動装置。
［付記８］
前記駆動信号を生成するドライブ回路をさらに備えている、付記７に記載の駆動装置。
［付記９］
前記スイッチング素子は、半導体材料からなる、付記６ないし付記８のいずれかに記載の駆動装置。
［付記１０］
前記コンデンサ、前記第１ダイオード、前記入力端子、前記抵抗器が実装された回路基板をさらに備えている、付記２ないし付記９のいずれかに記載の駆動装置。
［付記１１］
前記コンデンサに並列に接続された１以上の追加のコンデンサをさらに備えており、
前記コンデンサと前記追加のコンデンサとは、前記回路基板の厚さ方向に直交する第１方向において並んで配置され、コンデンサ群を形成する、付記１０に記載の駆動装置。
［付記１２］
前記抵抗器に並列に接続された１以上の追加の抵抗器をさらに備えており、
前記抵抗器と前記追加の抵抗器とは、前記第１方向に並んで配置され、抵抗器群を形成する、付記１１に記載の駆動装置。
［付記１３］
前記コンデンサ群と前記抵抗器群とは、前記厚さ方向および前記第１方向に直交する第２方向に並んでいる、付記１２に記載の駆動装置。
［付記１４］
前記第１ダイオードは、前記第２方向において、前記コンデンサ群と前記抵抗器群との間に挟まれている、付記１３に記載の駆動装置。
［付記１５］
前記スイッチング素子は、前記第２方向において、前記コンデンサ群を基準に、前記抵抗器群と反対側に位置する、付記１３または付記１４に記載の駆動装置。
［付記１６］
前記スイッチング素子は、前記第２方向において、前記コンデンサ群に隣接する、付記１５に記載の駆動装置。
［付記１７］
ＴＯ－Ｃａｎパッケージ型のレーザダイオードを接続可能な第１端子をさらに備えており、
前記第１端子は、前記回路基板に実装されている、付記１３ないし付記１６のいずれかに記載の駆動装置。
［付記１８］
前記第１端子は、前記第２方向において、前記コンデンサ群と、前記抵抗器群との間に配置される、付記１７に記載の駆動装置。
［付記１９］
面実装型のレーザダイオードを接続可能な第２端子をさらに備えており、
前記第２端子は、前記回路基板に実装されている、付記１０ないし付記１８のいずれかに記載の駆動装置。
［付記２０］
前記第２端子は、前記回路基板の厚さ方向に見て、前記回路基板の端縁に沿って配置されている、付記１９に記載の駆動装置。

Ａ１ ：駆動装置
１０ ：回路基板
２０ ：配線パターン
２９ ：パターン
２１，２２：はんだ層
２１０，２２０：はんだ
２８ ：電磁シールド
Ｃ０ ：コンデンサ群
Ｃ１ ：コンデンサ
Ｃ１１ ：第１端
Ｃ１２ ：第２端
Ｃ２ ：電解コンデンサ
Ｄ１ ：帰還ダイオード
Ｄ２ ：放電ダイオード
Ｄ３ ：逆流防止ダイオード
ＤＲ ：ドライブ回路
９ ：ドライブＩＣ
ＧＮＤ ：接地端
ＨＬ ：貫通孔
Ｌ１ ：リアクトル
ＬＤ ：レーザダイオード
Ｌｙ１～Ｌｙ４：配線層
ＰＧ ：パルス生成回路
ＰＳ１，ＰＳ２：電源部
Ｑ１ ：スイッチング素子
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３：電極
Ｒ０ ：シャント抵抗群
Ｒ１ ：シャント抵抗
Ｒ１１ ：第１端
Ｒ１２ ：第２端
Ｒ２ ：ゲート抵抗
Ｒ３ ：充電抵抗
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３：コネクタ端子
Ｔ４ ：ソケット端子
Ｔ５ ：接続端子

Claims (20)

1. レーザダイオードの駆動制御を行う駆動装置であって、
   導通状態と遮断状態とが切り替わるスイッチング素子と、
   コンデンサと、
   第１ダイオードと、
   電源電圧が供給される入力端子と、
   を備えており、
   前記コンデンサは、第１端が前記レーザダイオードのカソードに接続され、第２端が前記スイッチング素子に接続されており、
   前記第１ダイオードは、アノードが、前記コンデンサの前記第１端と前記レーザダイオードのカソードとの接続点に接続されており、
   前記入力端子は、前記コンデンサの前記第２端と前記スイッチング素子との接続点に接続されている、
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 第１端が前記レーザダイオードのアノードに接続された抵抗器をさらに備える、
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記抵抗器は、第２端が基準電位に接地されている、
   請求項２に記載の駆動装置。
4. アノードが前記コンデンサの前記第１端に接続された第２ダイオードをさらに備える、
   請求項２または請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記第２ダイオードは、カソードが、基準電位に接地されている、
   請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、
   請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置。
7. 前記スイッチング素子のドレインは、前記コンデンサの前記第２端に接続され、
   前記スイッチング素子のソースは、基準電位に接地されており、
   前記スイッチング素子のゲートには、前記導通状態と前記遮断状態とを切り替えるための駆動信号が入力される、
   請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記駆動信号を生成するドライブ回路をさらに備えている、
   請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記スイッチング素子は、半導体材料からなる、
   請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の駆動装置。
10. 前記コンデンサ、前記第１ダイオード、前記入力端子、前記抵抗器が実装された回路基板をさらに備えている、
    請求項２ないし請求項９のいずれか一項に記載の駆動装置。
11. 前記コンデンサに並列に接続された１以上の追加のコンデンサをさらに備えており、
    前記コンデンサと前記追加のコンデンサとは、前記回路基板の厚さ方向に直交する第１方向において並んで配置され、コンデンサ群を形成する、
    請求項１０に記載の駆動装置。
12. 前記抵抗器に並列に接続された１以上の追加の抵抗器をさらに備えており、
    前記抵抗器と前記追加の抵抗器とは、前記第１方向に並んで配置され、抵抗器群を形成する、
    請求項１１に記載の駆動装置。
13. 前記コンデンサ群と前記抵抗器群とは、前記厚さ方向および前記第１方向に直交する第２方向に並んでいる、
    請求項１２に記載の駆動装置。
14. 前記第１ダイオードは、前記第２方向において、前記コンデンサ群と前記抵抗器群との間に挟まれている、
    請求項１３に記載の駆動装置。
15. 前記スイッチング素子は、前記第２方向において、前記コンデンサ群を基準に、前記抵抗器群と反対側に位置する、
    請求項１３または請求項１４に記載の駆動装置。
16. 前記スイッチング素子は、前記第２方向において、前記コンデンサ群に隣接する、
    請求項１５に記載の駆動装置。
17. ＴＯ－Ｃａｎパッケージ型のレーザダイオードを接続可能な第１端子をさらに備えており、
    前記第１端子は、前記回路基板に実装されている、
    請求項１３ないし請求項１６のいずれか一項に記載の駆動装置。
18. 前記第１端子は、前記第２方向において、前記コンデンサ群と、前記抵抗器群との間に配置される、
    請求項１７に記載の駆動装置。
19. 面実装型のレーザダイオードを接続可能な第２端子をさらに備えており、
    前記第２端子は、前記回路基板に実装されている、
    請求項１０ないし請求項１８のいずれか一項に記載の駆動装置。
20. 前記第２端子は、前記回路基板の厚さ方向に見て、前記回路基板の端縁に沿って配置されている、
    請求項１９に記載の駆動装置。

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