JP2515391Y2 - 光出力制御回路 - Google Patents

光出力制御回路

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JP2515391Y2
JP2515391Y2 JP379190U JP379190U JP2515391Y2 JP 2515391 Y2 JP2515391 Y2 JP 2515391Y2 JP 379190 U JP379190 U JP 379190U JP 379190 U JP379190 U JP 379190U JP 2515391 Y2 JP2515391 Y2 JP 2515391Y2
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昇 黒沢
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有限会社三和無線測器研究所
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【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は計測用光源に用いて好適なレーザダイオード
を用いた光出力制御回路に係り、とくに省エネルギを目
的として、狭いパルス巾の電源電圧で上記レーザダイオ
ードおよびその出力制御回路を駆動し、安定した光出力
が得られるようにした光出力制御回路に関する。
〔考案の概要〕
この光出力制御回路は、本質的には光出力のモニタ検
出電流と適当な参照値との差を入力して、レーザダイオ
ードの駆動電流を出力とする差動入力型の負帰還増幅器
であって、電源の印加時その他の過渡的な状態でも、こ
の増幅器の高速動作を可能にし、光出力の急速な変化に
対応して制御できるように、上記増幅器の出力の飽和を
防止する目的で、適当なツェナダイオードと通常のダイ
オードの直列インピーダンスあるいは通常のダイオード
のみの直列インピーダンスを増幅器の帰還インピーダン
スとして接続するようにしたものであって、演算増幅器
の飽和を防止することによって、ターンオフの時間遅れ
をなくし、迅速に応答し得るようにしたものである。
〔従来の技術〕
光ファイバの接続工事は、しばしば商用電源を利用し
難い不自由な場所で行なわれるために、光ファイバの接
続の際のテストのための計測用光源を電池によって動作
させることが望まれる。このような検査において、1回
あるいは1箇所の測定に要する時間は僅かであるが、つ
ぎの測定までの間隔が不定で、長時間になる場合があ
る。従って電池駆動では連続して光出力を維持すること
ができない。このような場合には、光出力を狭いパルス
状にし、休止期間を長くとり、実質的な平均電流を少な
くすることによって、省エネルギを図り、電池駆動であ
っても比較的長時間にわたって光出力を発生させること
が可能になる。
〔考案が解決しようとする問題点〕
レーザダイオードを駆動して安定な光出力を得るため
には、光出力制御回路が必要になる。このような制御回
路も相応の電力を消費するために、省エネルギを達成す
るためにはこの制御回路もレーザダイオードと一緒にパ
ルス状の電圧で駆動することが必要になる。しかるに従
来の光出力制御回路は、電源の開閉時、その他の過渡的
な状態で光出力が不安定となるのを防ぐために、レーザ
ダイオードの駆動電流の立上り時の変化の時定数を他の
回路の時定数よりも十分大きくして、その光出力がほぼ
駆動電流の時定数によって単調に規定値に接近するよう
に設計されている。
しかしこのような方式で制御回路を設計すると、光出
力の立上り時間は数mm秒以上を要することになる。一方
測定の迅速性と省エネルギとを両立させる連続的なパル
ス巾は数10μsec〜1mmsecが適当と考えられるから、も
っと急速にかつ安定的に動作する制御回路が必要にな
る。
計測用光源として光を送出する場合には、定常的な光
送出に準じて計測可能なためには、数回/秒程度のパル
ス頻度は必要と考えられるから、省エネルギを達成する
ためには電源パルス巾は100μsec前後が適当で、従って
その立上り時間は10μsec以下が望ましいと考えられ
る。
本考案はこのような問題点に鑑みてなされたものであ
って、この程度の立上り時間でしかも安定した光出力を
得るためのパルス状電源で動作する制御回路を提供する
ことを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕 本考案は、レーザダイオードの出力の一部を受光素子
により検出し、その検出電流によって該レーザダイオー
ドの光出力が一定になるように駆動電流を制御する制御
回路において、この制御回路を構成する演算増幅器の出
力端子と反転入力端子との間をツェナダイオードと通常
のダイオードとの直列回路で接続し、前記演算増幅器の
出力電圧が光出力が増大する極性で飽和しないようにす
るか、この制御回路を構成する演算増幅器の出力電圧が
使用温度範囲では反転入力電圧を越えないように駆動回
路あるいは参照電圧を調整するとともに、前記演算増幅
器の出力端子と反転入力端子とを通常のダイオードによ
って接続するようにしたものである。
〔作用〕
従って何れの場合においても、演算増幅器は飽和する
前にツェナダイオードと通常のダイオードの直列回路あ
るいは通常のダイオードを通して反転入力端子に電流が
流れ、これによって光検出電流が存在しなくても、反転
入力端子は非反転入力端子に加えられる基準電圧に近い
電圧で平衡に達することになり、演算増幅器が飽和する
ことが防止され、ターンオフの時間遅れがなくなって演
算増幅器は迅速に応答してその出力が過大にならないよ
うに制御することができるようになる。
〔実施例〕
第1図は本考案の一実施例に係る光出力制御回路を示
すものであって、その電源端子10にはレーザダイオード
11と、トランジスタ12と、そして抵抗13の直列回路が接
続されている。トランジスタ12のベースは抵抗14を介し
て演算増幅器15の出力端子と接続されるようになってい
る。
演算増幅器15が制御回路を構成しており、その反転入
力端子16にはモニタ受光素子18と抵抗19の直列回路の2
つの素子の接続点が接続されている。これに対し非反転
入力端子17には参照電源を構成する定電圧回路20が接続
されている。また演算増幅器15の出力端子と反転入力端
子16との間にはツェナダイオード21とダイオード22の直
列回路が接続されている。また上記抵抗14とトランジス
タ12のベースとの間には、コンデンサ23と抵抗24の直列
回路が接続されるようになっている。
以上のような構成において、抵抗19の抵抗値をR1とす
ると、電源端子10に適当な電圧が印加されていれば、光
電流Iが抵抗19を流れ、IR1が演算増幅器10の反転入力
端子16に加わる。このときに非反転入力端子17には定電
圧回路20によって与えられる参照電圧が印加されること
になる。
いまレーザダイオード11の出力が低下すると、モニタ
受光素子18の検出電流Iが低下する。従って演算増幅器
15の反転入力端子16に加えられる電圧が低下することに
なり、これによって演算増幅器15の出力電圧が増大す
る。すなわち演算増幅器15は差動増幅を行なっている。
そして増幅器15の出力が増大するとトランジスタ12のベ
ース電流が増加するために、トランジスタ12のコレクタ
電流も多くなり、これによってレーザダイオード11を流
れる駆動電流が増加し、光出力を増加させる。
これに対してレーザダイオード11の出力が増加する
と、モニタ受光素子18に流れる検出電流Iも増加するこ
とになる。従って抵抗19に生ずる電圧IR1も増加するこ
とになり、反転入力端子16に加えられる電圧が増加す
る。このために演算増幅器15の出力側に現われる電圧が
少なくなり、トランジスタ12のベース電流も少なくな
る。従ってトランジスタ12のコレクタ電流、すなわちレ
ーザダイオード11の駆動電流も少なくなって適正な値に
戻るようになる。
つぎに第1図の回路の過渡的な動作について説明す
る。いま電源端子10の電圧が0から急に規定の電源電圧
に変化したとする。この場合において抵抗14の抵抗値R2
の方が抵抗24の抵抗値R3よりもはるかに大きければ、コ
ンデンサ23と抵抗24の直列回路のインピーダンスはほぼ
0に等しい。よってトランジスタ12のベースはコンデン
サ23と抵抗24の直列回路によって短絡されたのと同じく
なり、トランジスタ12のベース電流はほぼ0になる。従
ってこのトランジスタ12のコレクタ電流もほぼ0にな
り、レーザダイオード11には駆動電流が流れない。この
ために演算増幅器15の反転入力端子16に加わる電圧もほ
ぼ0となり、この演算増幅器15の出力端に生ずる電圧
は、もしもツェナーダイオード21とダイオード22との直
列回路から成るインピーダンスがなければ、電源端子10
に加えられる電源電圧に等しい電圧まで上昇して演算増
幅器15が飽和することになる。
しかるに第1図の回路においては、飽和する前に演算
増幅器15によってツェナダイオード21と通常のダイオー
ド22とを介して反転入力端子16に電流が流れる。従って
モニタ受光素子18が光を検出せず、光電流が抵抗19に流
れなくても、反転入力端子16は非反転入力端子17に近い
電圧で平衡に達する。またこのときに演算増幅器15の出
力端子は、反転入力端子16に加わる電圧にツェナダイオ
ード21によって与えられるツェナ電圧を加えた電圧で平
衡に達する。
いま抵抗14、24の抵抗値を上述の場合と同様にそれぞ
れR2、R3とすると、レーザダイオード11を流れる電流は
ほぼ時定数 (R2+R3)C≒R2C に従って増大して、その閾値を越えるとレーザ光を出力
し、その結果モニタ受光素子18の光検出電流はそれまで
0であったものが急に増大する。しかし演算増幅器15が
飽和していなければ、ターンオフの時間遅れがないため
に、時定数R2Cが適当に小さく、従ってモニタ受光素子1
8の光検出電流が急速に増大しても演算増幅器15は迅速
に応答し、レーザダイオード11の出力が過大にならない
ように制御することができる。
実験によれば、比較的高スリューレート(25V/μse
c)の演算増幅器を用いることによって、閾値電流が動
作電流の80%のレーザダイオード11を用いても総合立上
り時間は10μsec以下にすることができ、パルス電源で
駆動したときの光出力波形は立上り時間が1〜2μsec
のほぼ完全な矩形波が得られることが確認された。従っ
て従来は第2図において点線で示すような比較的大きな
パルス巾の駆動電流を加える必要があったのに対して、
本実施例においては、同図において実線で示すように巾
の狭いパルスで済むようになった。このことから、平均
電流が少なくなり、省エネルギ型の光出力制御回路が得
られるようになっている。従ってこのような回路を駆動
するための電池の消耗も少なくなり、これによって長時
間にわたって電池駆動し得るようにした制御回路が得ら
れるようになっている。
つぎに上記実施例の変形例を第3図によって説明す
る。この変形例は第1図に示すツェナダイオード21を省
略し、演算増幅器15の入力端と反転入力端子16とを通常
のダイオード22のみによって接続するようにしたもので
ある。また第1図の定電圧回路20に相当する部分は演算
増幅器15と共通の電源で動作する具体的な回路になって
いて、増幅器15の電源電圧が規定の電圧より十分低い過
渡的な瞬間でも入力端子17がその許容電圧範囲にあるよ
うに構成されている。すなわちこの部分の回路は、抵抗
25、26、ツェナーダイオード27、通常のダイオード28、
およびツェナーダイオード29によって構成され、これら
が第3図のように互いに接続されている。
このような回路によれば、コンデンサ23と抵抗14との
接続点に生ずる電圧が正常動作時に演算増幅器15の反転
入力端子16に加えられる電圧を越えない限り、ツェナダ
イオード21を省略しても問題はない。すなわち演算増幅
器15の出力電圧が常に定電圧回路によって得られる非反
転入力端子17に加えられる電圧かそれ以下の電圧で動作
するのであれば、ツェナダイオード21を用いることなく
通常のダイオード22のみでフィードバックを行なうこと
が可能になる。なおこのときには多少ダイナミックレン
ジが減少するが、とくに問題はない。
従ってレーザダイオード11の駆動電流を制御する演算
増幅器15の出力電圧が、使用温度範囲では、反転入力端
子16に加わる電圧を越えないように駆動回路あるいは参
照電圧が調整された回路においては、演算増幅器15の出
力と反転入力端子16とを通常のダイオード22のみで接続
した第3図に示す変形例の構成によっても、所期の目的
を達成できるようになる。
〔考案の効果〕
以上のように本考案は、制御回路を構成する演算増幅
器の出力端子と反転入力端子との間をツェナダイオード
と通常のダイオードの直列回路で接続し、演算増幅器の
出力電圧が光出力が増大する極性で飽和しないようにす
るか、制御回路を構成する演算増幅器の出力電圧が使用
温度範囲では反転入力電圧を越えないように駆動回路あ
るいは参照電圧を調整するとともに、演算増幅器の出力
端子と反転入力端子とを通常のダイオードによって接続
するようにしたものである。従ってレーザダイオードの
出力制御回路に電圧を印加するときの過渡的な状態で
も、上記演算増幅器が飽和することがなく、迅速に光出
力を制御することが可能になり、これによって制御回路
を適当なパルス電源と併用することにより、省エネルギ
型の計測用光源を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例に係る光出力制御回路の回路
図、第2図はこの制御回路の電源端子に加えられるパル
ス状の電源を示すグラフ、第3図は変形例の回路を示す
回路図である。 また図面中の主要な部分の名称はつぎの通りである。 10……電源端子 11……レーザダイオード 12……トランジスタ 14……抵抗 15……演算増幅器 16……反転入力端子 17……非反転入力端子 18……モニタ受光素子 20……定電圧回路(参照電圧源) 21……ツェナダイオード 22……ダイオード 23……コンデンサ 24……抵抗

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザダイオードの出力の一部を受光素子
    により検出し、その検出電流によって該レーザダイオー
    ドの光出力が一定になるように駆動電流を制御する制御
    回路において、この制御回路を構成する演算増幅器の出
    力端子と反転入力端子との間をツェナダイオードと通常
    のダイオードとの直列回路で接続し、前記演算増幅器の
    出力電圧が光出力が増大する極性で飽和しないようにし
    たことを特徴とする光出力制御回路。
  2. 【請求項2】レーザダイオードの出力の一部を受光素子
    により検出し、その検出電流によって該レーザダイオー
    ドの光出力が一定になるように駆動電流を制御する制御
    回路において、この制御回路を構成する演算増幅器の出
    力電圧が使用温度範囲では反転入力電圧を越えないよう
    に駆動回路あるいは参照電圧を調整するとともに、前記
    演算増幅器の出力端子と反転入力端子とを通常のダイオ
    ードによって接続するようにしたことを特徴とする光出
    力制御回路。
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