JP2854347B2 - レーザーダイオード保護回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ サージ電圧による素子破壊を防止するレーザーダイオ
ード保護回路に関し、 瞬時的なサージパルスであっても確実に吸収して保護
することを目的とし、 調光制御されるレーザーダイオードと並列に零電圧バ
イアスで導通状態に置かれる接合型FETを接続し、更に
電源スイッチのオン時にはサージが収まってからFETを
非導通状態に切換え、その後に調光制御によるレーザー
光の発振を開始させ、一方、電源オフときにはレーザー
光の発振を停止してからFETを導通状態に戻して、その
後に電源スイッチをオフするように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、サージ電圧による素子破壊を防止するレー
ザーダイオード保護回路に関する。

レーザーダイオードは、取扱い者の帯電に起因した静
電誘電によるサージ電圧を受けた場合、或いは電源オ
ン、オフ時のスイッチングに起因したサージ電圧を受け
た場合に容易に破壊される恐れがあり、取扱いに十分な
注意を払うことは勿論であるが、サージ電圧の誘起を受
けてもレーザーダイオードの素子破壊を防ぐ保護回路を
設けることが望まれる。

［従来の技術］ 従来のレーザーダイオード保護回路としては例えば第
４図のものが知られている（特開昭60−7166号公報）。

第４図において、12はレーザーダイオードであり、電
流供給回路32から所定の大電流を流すことでレーザー光
の発振動作が行われる。

レーザーダイオードの保護は、レーザーダイオード12
に並列接続されたダイオードD1とNPNトランジスタ32で
行われる。NPNトランジスタ32はNPNトランジスタ34によ
り制御される。

この保護回路の動作は、電源36が接続されてていない
状態で端子に手等を触れて静電誘電によるサージ電圧が
レーザーダイオード12に加わったとすると、NPNトラン
ジスタ34はオフしているためにNPNトランジスタ32は導
通可能状態に置かれ、サージ電圧によるバイアスを受け
てNPNトランジスタ32が導通してサージ電圧を吸収す
る。ダイオードD1はレーザーダイオードにNPNトランジ
スタ32がオンできない逆向きのサージ電圧が加わった時
に導通して同様にサージ電圧を吸収する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のレーザーダイオード
保護回路にあっては、レーザーダイオードにサージ電圧
が加わった状態で初めて保護用のNPNトランジスタ32が
オンするようになるため、保護トランジスタの動作速度
以上で瞬時的に加わるサージパルスを吸収することがで
きず、レーザーダイオードがサージ破壊されてしまう問
題が残されている。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、短時間のサージパルスであっても確実に吸収し
て保護できるレーザーダイオード保護回路を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理説明図である。

第１図において、トランジスタ10による電流駆動でレ
ーザー光を発振するレーザーダイオード12が設けられ、
レーザーダイオード12は、自動調光手段16によりモニタ
受光素子14で検出したレーザー光の強さが設定値を保つ
ようにトランジスタ10を制御する調光制御を受ける。

本発明の保護回路は、レーザーダイオード12にソース
とドレイン間を並列接続し、ゲートの零電圧バイアス時
にソースとドレイン間を導通状態とするFET18を設け
る。

更に、電源オン、オフときに発生するサージ電圧から
保護するために制御手段28を設け、制御手段28によりま
ず発光開始時には、電源スイッチ20をオンした後にイネ
ーブル信号22をオンしてFET18を遮断状態とし、その後
に制御スイッチ24を制御（オフ）して自動調光手段16に
よるレーザー光の発振を開始させ、一方、発光停止時に
は、制御スイッチ24を元の状態（オン）に制御してレー
ザー光の発振を停止させた後にイネーブル信号22のオフ
によりFET12を導通状態とし、最終的に電源スイッチ20
をオフさせるように構成する。

またレーザーダイオード12、モニタ受光素子14及びFE
T18で成る回路部28を、交換可能な単一モジュールに形
成する。

［作用］ このような構成を備えた本発明のレーザーダイオード
保護回路によれば、零電圧バイアスでソース・ドレイン
間が数オーム程度の低インピーダンスとなって略導通状
態にあるFET18をレーザーダイオード12に並列接続して
いるため、レーザーダイオード12にサージ電圧が印加さ
れると、動作遅れを生ずることなくサージ吸収がFET18
で行われ、短時間のサージパルスを受けても素子破壊を
確実に保護できる。

また電源オン時のサージ破壊を回避するために、電源
スイッチ20をまずオンし、このとき発生するサージ電圧
に対してはイネーブル信号22をオフしてFET18を導通状
態に維持しておくことで確実に吸収させる。そしてサー
ジ電圧がおさまった後の電源安定状態でイネーブル信号
22をオンしてFET18を非導通状態に制御し、最終的に制
御スイッチ24を制御して自動調光によるレーザーダイオ
ードの発振駆動を行う。

一方、電源オフ時には電源オン時とは逆に、まず制御
スイッチ24を元の状態に制御してレーザー発振を停止
し、次にイネーブル信号22をオフとしてFET18を導通状
態に戻し、保護機能を有効とした後に電源スイッチ20を
オフし、このとき発生するサージ電圧を確実に吸収させ
る。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例を示した実施例構成図であ
る。

第２図において、12はレーザーダイオードであり、レ
ーザーダイオード12のカソード側には電流制限用の抵抗
R₀及びトランジスタ10が直列接続され、トランジスタ10
の制御により大電流をレーザーダイオード12に流すこと
でレーザー光の発振動作を行なわせる。レーザーダイオ
ード12、抵抗R₀及びトランジスタ10の直列回路の両端に
は、この実施例にあっては電源スイッチ20を介して12ボ
ルトの直流電圧が電源電圧として印加される。

トランジスタ10に対しては自動調光回路16が設けら
れ、レーザーダイオード12からのレーザー光の強さが所
定値となるようにトランジスタ10の制御により調光制御
を行なう。即ち、レーザーダイオード12からのレーザー
光はモニタ受光素子14で検出され、受光素子14の受光電
流を自動調光回路16に設けた可変抵抗VRに流すことで、
その両端にレーザー光の強さに応じた検出電圧Vxを発生
する。可変抵抗VRの両端に生じた検出電圧Vxはオペアン
プ40の反転入力端子に与えられ、オペアンプ40の非反転
入力端子には抵抗R4とR5で分圧された基準電圧Vrが入力
している。オペアンプ40の出力は抵抗R3、コンデンサC4
で成るローパスフィルタを介してトランジスタ10のベー
スに与えられる。抵抗R5と並列にはソフトスタート用の
コンデンサC2が並列接続される。また、抵抗R5と並列に
制御スイッチ24が接続されており、制御スイッチ24のオ
フ状態で抵抗R5を短絡して基準電圧VrをVr＝０ボルトと
して調光制御を停止しており、制御スイッチ24をオフす
るとコンデンサC2の充電が抵抗R4を介して開始され、所
定の充電時間後に抵抗R4とR5の分圧で決まる所定の基準
電圧Vrに上昇し、定常的な調光制御に入る。

42はレギュレータであり、電源スイッチ20を介して得
られた電源電圧−12ボルトを自動調光回路16を動作させ
るための電源電圧−５ボルトに変換している。なお、コ
ンデンサC3は電源バックアップ用に設けられる。

レーザーダイオード12のサージ電圧に対する保護は、
レーザーダイオード12に並列接続された接合型FET18に
より行なわれる。即ち、レーザーダイオード12のカソー
ドとアノード間に接合型FET18のソース、ドレイン間を
並列接続している。接合型FET18のゲートに対してはコ
ントローラ26よりイネーブル信号22が与えられており、
更にイネーブル信号22は抵抗R1によってプルダウンして
いる。

接合型FET18はゲートの零電圧バイアス状態でソー
ス、ドレイン間が数オームの低インピーダンス状態、即
ち導通状態にあり、ゲート、ソース間電圧V_GSを増加さ
せるとソース、ドレイン間のインピーダンスが増加して
非導通状態に移行する。通常V_GS＝−３〜−５ボルトと
することで、非導通状態、即ちゲート、ソース間を高イ
ンピーダンス状態とすることができる。

コントローラ26は電源スイッチ20のオン、オフ制御、
自動調光回路16に設けた制御スイッチ24のオン、オフ制
御、更に接合型FET18に対するイネーブル信号22の各々
を、発光開始時及び発光停止時の電源オン、オフに伴う
サージ電圧に対し確実に保護機能が発揮できるように所
定のシーケンスに従って制御する。

発光起動時におけるコントローラ26による制御は、ま
ず電源スイッチ20をオンし、電源スイッチ20のスイッチ
オンで生ずるサージ電圧を接合点FET18で吸収させるた
めに、電源オン時にはイネーブル信号22をオフ、即ち零
ボルトとして接合型FET18を導通状態にしている。電源
スイッチ20をオンした後にサージ電圧がおさまって安定
状態に移行すると、イネーブル信号22をオンし３〜５ボ
ルトの範囲となる所定のイネーブルオン電圧を接合型FE
T18に供給し、このイネーブル信号22によるバイアスを
受けて接合型FET18は非導通状態となる。続いてコント
ローラ26は制御スイッチ24をオフし、自動調光回路16に
よるトランジスタ10の制御でレーザーダイオード12の発
振動作を開始させる。

一方、発光停止時におけるコントローラ26は電源オン
時と逆の動作を行なう。即ち、まず制御スイッチ24をオ
ンしてレーザーダイオード12の発振動作を停止させ、次
にイネーブル信号22をそれまでのオン状態からオフ状態
として零ボルトバイアスとすることで接合型FET18を導
通状態とし、その後に電源スイッチ20をオフする。

更に、第２図の実施例においてレーザーダイオード1
2、モニタ用受光素子14、接合型FET18及び抵抗R1で成る
回路部28は単一のモジュールとして形成されている。こ
のように回路部28を単一のモジュールとすることで、レ
ーザーダイオード12の劣化に伴う交換をモジュール単位
で行なえるようにしている。

次に、第３図の動作タイミングチャートを参照して第
２図の実施例の動作を説明する。

まず装置停止時にあっては、電源スイッチ20は図示の
ようにオフ、また制御スイッチ24はオン状態にある。

今、第３図の時刻t1でコントローラ26からの指令で電
源スイッチ20がオンしたとすると、電源スイッチ20より
電源電圧−12ボルトがトランジスタ10のコレクタに印加
されると同時に、レギュレータ42で−５ボルトに変換さ
れて自動調光回路16に電源電圧が供給される。この時、
コントローラ26からのイネーブル信号22はオフ状態、即
ち零ボルトとなっており、従って接合型FET18は零電圧
バイアス状態にあるためにソース、ドレイン間が数オー
ムの低インピーダンスとなる。導通状態にあり、電源ス
イッチ20のスイッチオンで生じたサージ電圧は接合型FE
T18のソース、ドレイン間を流れて吸収され、レーザー
ダイオード12にサージ電圧が加わることはない。

電源スイッチ20のスイッチオンからサージ電圧がおさ
まるに充分な時間が経過した時刻t2でコントローラ26か
らのイネーブル信号22がオンして３〜５ボルト範囲の所
定電圧となり、このイネーブル信号22のオンによるバイ
アス電圧を受けて接合型FET18のソース、ドレイン間が
高インピーダンスとなって非導通状態に切り替わり、レ
ーザーダイオード12の接合型FET18による短絡が解除さ
れ、レーザー発振可能状態となる。

続いて時刻t3でコントローラ26は制御スイッチ24をオ
ンからオフに切り替える。制御スイッチ24がオフする
と、抵抗R5とコンデンサC2の並列回路の短絡状態が解除
され、抵抗R4,R5及びコンデンサC2で定まる所定の時定
数に従ってコンデンサC2の充電が開始され、オペアンプ
40に対する基準電圧Vrが徐々に増加する。オペアンプ40
はモニタ受光素子14からの受光電流に応じた可変抵抗VR
の両端の検出電圧Vxと基準電圧Vrを比較しており、電源
オン時は発光停止であることから検出電圧Vxは零ボルト
であり、オペアンプ40からは基準電圧Vrに応じて増加す
る出力を生じ、トランジスタ10のベース電流を基準電圧
Vrの増加に応じて順次増加させ、これによってレーザー
ダイオード12に流す電流も増加する。トランジスタ10に
よるレーザーダイオード12の駆動電流が所定の閾値電流
を超えるとレーザーダイオード12の発振動作が開始さ
れ、レーザーダイオード12からのレーザー光を受けたモ
ニタ用受光素子14はレーザー光の強さに応じた受光電流
を可変抵抗VRに流し、このためレーザー光に応じた検出
電圧Vxが得られる。以下、オペアンプ40は基準電圧Vrに
検出電圧Vxが一致するようにトランジスタ10を電流制御
するフィードバック制御を行なう。従って時刻t4で基準
電圧Vrが一定値に安定すると、その基準電圧Vrに対応し
た一定のレーザー光の強さを保つフィードバック制御が
行なわれる。

次にコントローラ26に対し発光停止が時刻t5で行なわ
れたとすると、まずコントローラ26は制御スイッチ24を
それまでのオフからオンに切り替え、抵抗R5とコンデン
サC2の並列回路の短絡により基準電圧VrをVr＝０に切り
替え、オペアンプ40によるフィードバック制御で基準電
圧Vrの低下に伴ってレーザーダイオード12の駆動電流も
下げられ、レーザー発振が停止される。

レーザー発振の停止後にコントローラ26は時刻t6でそ
れまでオン状態にあったイネーブル信号22をオフ、即ち
零バイアス電圧状態に切り替え、このため非導通状態に
あった接合型FET18が導通状態に戻る。そしてコントロ
ーラ26は最終的に時刻t7で電源スイッチ20をオフする。
この電源スイッチ20のスイッチオフに伴いサージ電圧を
発生するが、その時すでに接合型FET18はイネーブル信
号22のオフにより導通状態に戻っているため、スイッチ
オフで生じたサージ電圧は接合型FET18のソース、ドレ
イン間に流れて吸収され、スイッチオフ時のサージ電圧
によるレーザーダイオード12の素子破壊を確実に防止す
る。

一方、装置の組立て時やレーザーダイオード12の寿命
による交換時にあっては、レーザーダイオード12、モニ
タ受光素子14、接合型FET18及びバイアス抵抗R1を備え
た回路部28を１つのモジュールとして取扱うこととな
り、この時、接合型FET18が零電圧バイアス状態により
導通状態にあるため、取扱い者の帯電による静電誘導に
起因したサージ電圧を受けても、サージ電圧は導通状態
にある接合型FET18に流れて吸収されるため、レーザー
ダイオード12をサージ破壊から確実に保護することがで
きる。

尚、上記の実施例でFET18は接合型としているが、デ
プレッション型であればMOS型でもよい。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、零電圧バイ
アス時に導通状態となるFETをレーザーダイオードに並
列接続しているため、瞬時的なサージパルスであっても
応答遅れを起すことなくサージ電圧を吸収して確実にレ
ーザーダイオードを保護することができる。

また電源オン時には、サージがおさまるまでFETを導
通状態におき、その後にFET非導通状態に切り替えてレ
ーザーダイオードの発振動作を行なわせ、一方、電源オ
フ時にはレーザー発振停止後にFETを導通状態に戻して
から電源スイッチをオフしているため、電源スイッチの
オン、オフ時に生ずるサージ電圧に対し有効にFETによ
るサージ吸収を行なわせ、電源オン、オフ時のサージ電
圧に対し確実にレーザーダイオードを保護することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図； 第２図は本発明の実施例構成図； 第３図は本発明の動作タイミングチャート； 第４図は従来回路の構成図である。 図中、 10:トランジスタ 12:レーザーダイオード 14:モニタ受光素子 16:自動調光手段（回路） 18:接合型FET 20:電源スイッチ 22:イネーブル信号 24:制御スイッチ 26:制御手段（コントローラ） 40:オペアンプ 42:レギュレータ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランジスタ（10）による電流駆動でレー
   ザ光を発振するレーザーダイオード（12）と； モニタ受光素子（14）で検出したレーザー光の強さが設
   定値を保つように前記トランジスタ（10）を制御する自
   動調光手段（16）と； 前記レーザーダイオード（12）にソースとドレイン間を
   並列接続し、ゲートの零電圧バイアス時にソースとドレ
   イン間を導通状態とするFET（18）と； 発光開始時に、電源スイッチ（20）をオンした後にイネ
   ーブル信号（22）をオンして前記FET（18）を非導通状
   態とし、その後に制御スイッチ（24）を制御して前記自
   動調光回路（16）によるレーザー光の発振を開始させ、
   発光停止時には、前記制御スイッチ（24）を元に戻して
   レーザー発振を停止させた後に前記イネーブル信号（2
   2）のオフにより前記FET（12）を導通状態に戻し、最終
   的に前記電源スイッチ（20）をオフさせる制御手段（2
   6）と； を備えたことを特徴とするレーザーダイオード保護回
   路。
2. 【請求項２】前記レーザーダイオード（12）、及びFET
   （18）で成る回路部（28）を、交換可能な単一モジュー
   ルに形成したことを特徴とする請求項１記載のレーザー
   ダイオード保護回路。