JP2559277B2 - 可視半導体レーザーダイオードの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電池を使用した可視半導体レーザーダイオー
ド機器の可視半導体レーザーダイオード駆動回路に関す
る。

〔従来の技術と問題点〕

従来、電池を使用した近赤外半導体レーザーダイオー
ド機器は様々知られており、様々なタイプが実用化され
ている。それらの機器は、電池を電源として使用してい
るが、電池そのものは自己放電、あるいは負荷を接続し
た時の放電により消耗するものである。該機器の使用者
から見た場合、電池の交換時期を察知したいのは必然的
な要求であり、そのため該機器に電池寿命を報知するた
めの表示灯を備え等の方法が行われている。しかし、表
示灯を備えることは、表示灯そのものも電源を消費する
のであるから、電池寿命を短くすることになるし、表示
灯の実装面積を必要とすることであるから、機器の効率
化、小型化の観点から見て不利である。

また、可視半導体レーザーダイオード機器に関して
は、近赤外半導体レーザーダイオードの動作電圧が平均
値で1.75V〜最大値2.5V程度であるのに対して、可視半
導体レーザーダイオードの動作電圧は、平均値で2.5V〜
最大値3.0Vであり、平均値において比較すると0.75Vの
差がある。この差は、当然のことながら、可視半導体レ
ーザーダイオードを使用した機器の方が、近赤外半導体
レーザーダイオードを使用した機器に比べて、電池の使
用効率が悪い、即ち、同じ電源使用量で比較するなら
ば、可視半導体レーザーダイオードを使用した機器の方
が、電池寿命が短いことを示唆している。また、可視半
導体レーザーダイオード、近赤外半導体レーザーダイオ
ードの何れの場合でも、安定に発光させるためには、レ
ーザーダイオードの発光出力をモニターしながら、レー
ザーダイオードの動作電流をコントロールするオート・
パワー・コントロールとか、レーザーダイオードのケー
ス温度をモニターしながら、レーザーダイオードの動作
電流をコントロールするのが常である。しかし、何れの
方法にしても、レーザーダイオードがフィードバックル
ープに入っているので、電池が消耗してきて、レーザー
ダイオードがレーザー発光動作を損なうことがあると、
フィードバック系が暴走してレーザーダイオードを破壊
することがある。そこで、従来から、あらかじめ電池の
使用個数を増やすなどして対処している。このため機器
全体の構造が大きくなり小型化には不利である。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、上述のごとき従来技術の欠点を解
消し、機器構造を大きくすることなく、コンパクトな構
造の電池を使用した可視半導体レーザーダイオード機器
を提供するために、電池を電源として使用し可視半導体
レーザーダイオードを発光する可視半導体レーザーダイ
オード機器において、電池の消耗により該機器の電源電
圧が第１設定電圧より低下したことを可視半導体レーザ
ーダイオードが安定したレーザー発光動作を失う以前に
検出して該可視半導体レーザーダイオードを適宜な周期
で点滅発光させることにより電池消耗報知を開始する警
報手段と、更に、電池の消耗が進行して第２設定電圧よ
り低下したことを可視半導体レーザーダイオードがレー
ザー発光動作を損なう前に検出して該可視半導体レーザ
ーダイオードの発光を停止させる安全手段とからなる可
視半導体レーザーダイオードの駆動回路を提供しようと
するものである。

〔作用〕

本発明に係る可視半導体レーザーダイオードの駆動回
路によれば、電源電池が消耗してきて、先ず、第１設定
電圧より低下するとこれを可視半導体レーザーダイオー
ドが安定したレーザー発光動作を失う以前に検出して可
視半導体レーザーダイオードを適宜な周期で点滅発光さ
せることにより電池消耗報知を開始するから、例えば、
可視レーザー発光の照射位置の観測者は、安定したレー
ザー発光動作を行う可視半導体レーザーダイオードの可
視レーザー光による鮮明な点滅発光を確実に観測するこ
とができる。更に、電池の消耗が進行して第２設定電圧
より低下すると、これを可視半導体レーザーダイオーダ
がレーザー発光動作を損なう前に検出して可視半導体レ
ーザーダイオードの発光を停止させるから、電池が消耗
してきて、第１設定電圧より低下して可視半導体レーザ
ーダイオードが点滅発光を開始してから、点滅発光して
いる間は、可視半導体レーザーダイオードのレーザー発
光動作を損なうことがないから、その間に、余裕をもっ
て電池の充電等の対策ができることとなる。

〔実施例〕

以下図示する実施例に基づいて本発明を説明する。

第１図は本発明による電池を使用したレーザーダイオ
ード機器の一実施例の構成を示す回路ブロック図であ
る。

図において、１は電源電池で、そのプラス側からマイ
ナス側にかけて直列に、電源スイッチ２、可視半導体レ
ーザーダイオード６、トランジスタ５が設けてある。ト
ランジスタ５は、そのコレクタ側が可視半導体レーザー
ダイオード６に接続し、エミッタ側が電源電池１のマイ
ナス側に接続している。また電源電池１のプラス側に
は、電源スイッチ２を介して、前記可視半導体レーザー
ダイオード６の発光出力をモニターするフォトダイオー
ド４が接続し、該フォトダイオード４の出力端は、後述
するオートパワーコントロールブロック３及びドライブ
インターロックブロック７を介して、直列に、前記トラ
ンジスタ５のベースに接続している。また、ドライブイ
ンターロックブロック７には、前記オートパワーコント
ロールブロック３の出力端ｂと並列に、電源電池１のプ
ラス側の端子ａが前記電源スイッチ２を介して接続して
いる。

以下、説明を簡単にするため、可視半導体レーザーダ
イオードをレーザーダイオードと呼称するものとする。

オートパワーコントロールブロック３は、フォトダイ
オード４の出力であるモニター電流Imを入力し、このモ
ニター電流を該ブロック３内部で予め設定されている発
光出力設定レベルと一致するようにフイードバックコン
トロールし、出力端子ｂからドライブインターロックブ
ロック７を介して、ベース電流Ibを前記トランジスタ５
のベースに供給し、トランジスタ５が導通して、このベ
ース電流Ibに対応した作動電流Iopがレーザーダイオー
ド６に流れ、レーザーダイオード６が適宜なレーザー発
光状態に入るように構成してある。

ドライブインターロックブロック７は、電源スイッチ
２を介して入力端子ａで電源電圧を監視し、電源電圧が
予め設定された第１設定電圧及びそれより低い第２設定
電圧と比較し、電源電圧が第１設定電圧以上のときは、
前述のオートパワーコントロールブロック３から入力端
子ｂを経由してトランジスタ５に向かうベース電流Ibを
連続的に送出し、電源電圧が第１設定電圧より低く第２
設定電圧より高いときは、前述のオートパワーコントロ
ールブロック３から入力端子ｂを経由してトランジスタ
５に向かうベース電流Ibを適宜な周期で断続的に送出
し、電源電圧が第２設定電圧より低い場合には、前述の
オートパワーコントロールブロック３から入力端子ｂを
経由してトランジスタ５に向かうベース電流Ibの送出を
遮断するように構成してある。

上記の実施例の構成において、電源電池１の電池電圧
が正常な状態で、電源スイッチ２を投入すると、ドライ
ブインターロックブロック７はａ入力端に第１設定電圧
以上の電圧を受けスルーの状態にあり、オートパワーコ
ントロールブロック３が動作を開始し、ドライブインタ
ーロックブロック７のｂ入力端子を経由してトランジス
タ５にベース電流Ibが流入し、トランジスタ５が導通
し、レーザーダイオード６に動作電流Iopが流れる。従
って、レーザーダイオード６がレーザー発光動作に入
り、予めレーザー光の一部がフォトダイオード４に入光
するように構成してあるので、レーザーダイオード６の
発光出力に対応したモニター電流Imがオートパワーコン
トロールブロック３に流入する。

オートパワーコントロールブロック３は、該モニター
電流Im、即ち、レーザーダイオード６の発光出力レベル
と、予めオートパワーコントロールブロック３内部で設
定されている発光出力設定レベルに、該モニター電流I
m、即ち、レーザーダイオード６の発光出力レベルが一
致するようにフィードバックコントロールが行われ、レ
ーザーダイオード６が適宜な安定レーザー発光出力状態
に入るようにベース電流Ibを出力することとなる。

当該発光状態においてレーザーダイオード６両端の電
圧、即ち、動作電圧Vop及びトランジスタ５のエミッタ
・コレクタ間の電圧Vceと、電池１の発生する電圧、即
ち、電源電圧Vccとの間には、 Vcc＝Vop＋Vce の関係が得られる。

レーザーダイオード６の動作電流Iopが流れたときの
トランジスタ５の飽和電圧をVcesatとすると、レーザー
ダイオード６が動作可能な最低の電池電圧、即ち、電源
電圧Vccminは、 Vccmin＝Vop＋Vcesat で表すことができる。

式中、Vopはレーザーダイオード６がレーザー発光動
作を持続するための電圧である。

ここで、例えば、仮に、ドライブウンターロックブロ
ック７が作動しない状態において、電池電圧が降下して
前記Vopが供給されないようなことが起こると、レーザ
ーダイオード６は、最早レーザー発光動作を持続できず
に発光ダイオード相似の発光動作に移行する。この時点
においてレーザーダイオード６の発光出力レベルが著し
く低下するため、フォトダイオード４に入光する光量が
低下し、モニター電流Imが減少する。これに伴って、オ
ートパワーコントロールブロック３は、後段のトランジ
スタ５に対するベース電流Ibを増加させ、これを受けた
トランジスタ５はレーザーダイオード６の動作電流Iop
を増加させる。しかし、所詮発光ダイオード相似の発光
状態にあるレーザーダイオード６の発光出力は、以前の
レーザー発光状態時に比べると格段に低レベルであるた
め、オートパワーコントロールブロック３はトランジス
タ５に対してベース電流を増加し続けることになるの
で、レーザーダイオード６の動作電流Iopが過大となっ
てやがてレーザーダイオードが破壊に至るのである。

しかしながら、本発明によれば、実施例において、電
池電圧が降下して、前記第１設定電圧以下になると、ド
ライブインターロックブロック７は、電源スイッチ２が
投入された後は常にａ入力端子で電源電圧を監視してい
て、予め設定された比較用の第１設定電圧より該電源電
圧が低いと判断すると、オートパワーコントロールブロ
ック３よりドライブインターロックブロック７のｂ入力
端子を経由してトランジスタ５に向けて送出されるベー
ス電流を適宜な周期で通過させたり阻止したりする動作
を開始する。このときレーザーダイオード６は点滅可視
発光しているのでユーザーは電池寿命を確認できること
になる。更に、電池が消耗して電源電圧が低下してき
て、予め設定された比較用の第２設定電圧より該電源電
圧が低いと判断すると、オートパワーコントロールブロ
ック３よりドライブインターロックブロック７のｂ入力
端子を経由してトランジスタ５に向けて送出されるベー
ス電流Ibを阻止してレーザーダイオード６の発光を全停
止させる。従って、ここで該第２設定電圧をVccminより
若干高めの電圧に設定しておけば、電池が消耗して電源
電圧が降下してきた場合でも、レーザーダイオード６が
発光ダイオード相似の発光状態に入る前に、オートパワ
ーコントロール３の作動を停止させることができるの
で、レーザーダイオード６を破壊させることなく効率よ
く電池を使用することが可能になる。

〔効果〕

以上の通り、本発明に係るに可視半導体レーザーダイ
オードの駆動回路よれば、電池を電源として使用し可視
半導体レーザーダイオードを発光する可視半導体レーザ
ーダイオード機器において、電池の消耗により該機器の
電源電圧が第１設定電圧より低下したことを可視半導体
レーザーダイオードが安定したレーザー発光動作を失う
以前に検出して該可視半導体レーザーダイオードを適宜
な周期で点滅発光させることにより電池消耗報知を開始
する警報手段と、更に、電池の消耗が進行して第２設定
電圧より低下したことを可視半導体レーザーダイオード
がレーザー発光動作を損なう前に検出して該可視半導体
レーザーダイオードの発光を停止させる安全手段とから
なる構成を有することにより、電池消耗報知を開始する
警報手段が可視半導体レーザーダイオード自体の点滅発
光により行われるから、従来機器に特別に備えていた電
池寿命報知用の表示灯等を別に設ける必要がなくなり、
警告報知のための電源消費を無くし、電池寿命を延長す
ると共に、表示灯等の警告報知のための実装面積を除去
し、機器を小型化する効果がある。

また、電池電源電圧が正常な状態では可視半導体レー
ザーダイオードが安定した可視レーザー光を発光してい
るから、例えば、可視レーザー光の照射位置を視認して
いる可視レーザー光観測者は、可視半導体レーザーダイ
オード機器から離れて照射位置を継続して観測すること
ができる。そして、その観測中に電池が消耗して電源電
圧が第１設定電圧より降下すると、可視半導体レーザー
ダイオードは安定したレーザー発光動作を失う以前に適
宜な周期で点滅発光して電池消耗報知を開始するから、
安定したレーザー発光動作による鮮明な点滅発光を視認
することにより即座に気付くことができ、その警報を不
用意に見落とすようなことは全く無い効果があり、且
つ、その点滅発光時から、例えば、可視レーザー光観測
者は、電池の消耗が進行して第２設定電圧より低下して
可視半導体レーザーダイオードの発光が停止するまでの
間に、可視レーザー光の観察位置から機器の設置位置に
帰還して電池の充電処理を行う等の対策を余裕をもって
行うことができる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電池を使用した可視半導体レーザ
ーダイオード駆動回路の一実施例の構成を示す回路ブロ
ック図である。 １……電源電池、２……電源スイッチ ３……オートパワーコントロールブロック ４……フォトトランジスタ、５……トランジスタ ６……可視半導体レーザーダイオード ７……ドライブインターロックブロック

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電池を電源として使用し可視半導体レーザ
   ーダイオードを発光する可視半導体レーザーダイオード
   機器において、電池の消耗により該機器の電源電圧が第
   １設定電圧より低下したことを可視半導体レーザーダイ
   オードが安定したレーザー発光動作を失う以前に検出し
   て該可視半導体レーザーダイオードを適宜な周期で点滅
   発光させることにより電池消耗報知を開始する警報手段
   と、更に、電池の消耗が進行して第２設定電圧より低下
   したことを可視半導体レーザーダイオードがレーザー発
   光動作を損なう前に検出して該可視半導体レーザーダイ
   オードの発光を停止させる安全手段とからなる可視半導
   体レーザーダイオードの駆動回路
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の回路におい
   て、可視半導体レーザーダイオードを適宜な周期で点滅
   発光させる警報手段と、該可視半導体レーザーダイオー
   ドの発光を停止させる安全手段とが、前記可視半導体レ
   ーザーダイオードの発光出力をモニターするフォトダイ
   オードの出力に対応したベース電流を可視半導体レーザ
   ーダイオードの発光出力を司るトランジスタに供給する
   オートパワーコントロールブロックと、電池の電圧をモ
   ニターして電源電圧が第１設定電圧より低下したとき前
   記オートパワーコントロールブロックを経由するベース
   電流を適宜な周期で断続する一方、電源電圧が第２設定
   電圧より低下したとき前記ベース電流を遮断するドライ
   ブインターロックブロックからなることを特徴とする可
   視半導体レーザーダイオードの駆動回路