JP3371563B2 - レーザダイオードの発光駆動回路 - Google Patents

レーザダイオードの発光駆動回路

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JP3371563B2
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卓谷 細田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザダイオードの
発光駆動回路についてのものである。
【0002】
【従来の技術】レーザダイオードの駆動電流を任意に変
えて発光出力を可変する用途に於いて、発光駆動回路と
レーザダイオードの温度特性による過大発光を防ぐため
に、従来は可変する駆動電流に温度補正を行う手段が用
いられていた。
【0003】従来技術によるレーザダイオードの発光駆
動回路を図5により説明する。図5に示す従来の回路で
は、温度補正素子にFETを使用し、ドレイン電流の負
温度特性を利用してレーザダイオードの発光しきい値電
流(正の温度特性)の温度特性を相殺するように駆動電
流を制御していた。
【0004】図7は、図5に示すFET31、抵抗3
2、可変抵抗器33・34で構成する温度補正回路の回
路電流と温度特性を示す図である。
【0005】図5に於いて、可変抵抗器33は、FET
のゲート・ソース間電圧を調節してドレイン電流を可変
し、回路電流の温度特性の傾斜を、補正に適正な値に設
定するための手段である。可変抵抗器34は、回路の調
整作業時に於ける周囲温度(例えば25℃)に於いて回路
電流に比例する適正な電圧を得るための手段である。
【0006】可変抵抗器32の両端に取り出した温度特
性を有する電圧は、周囲温度が調整設定時に較べて高い
場合は減少方向に、低い場合は増加方向に変化する。
【0007】この電圧は増幅器35で1倍に増幅され、
抵抗36を介して増幅器3へ入力される。そして、この
電圧の増加・減少分に反比例した電圧が増幅器3の出力
へ加算出力される。
【0008】次に、増幅器3の動作を説明する。例え
ば、抵抗37〜40を同一の定数とする。増幅器3は、
可変抵抗器41の摺動端で分圧された接地に対する電圧
の−1倍を電源(−V)に対して出力する。増幅器35
の出力電圧は、調整設定時の温度環境に於いて増幅器3
の(+)入力と等しい電圧に設定されており、増幅器3
に対する加算入力は無い。周囲温度の変化による増幅器
35の出力電圧変化分だけが増幅器3に対して加算入力
として働き、温度に比例する電圧を増幅器3の出力電圧
に補正する。増幅器3の出力電圧は、増幅器8へ入力さ
れ、増幅器8とトランジスタ10、抵抗43で構成する
電圧電流変換回路により、入力電圧に比例するレーダイ
オードの駆動電流を出力する。レーザダイオード1の駆
動電流の上限は、可変抵抗器42で調節固定され、可変
抵抗器41により駆動電流が可変出来る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】レーザダイオードの閾
値電流は温度に比例して変化する性質があり、発光出力
を可変して用いる場合は、温度が低いときに過大発光に
至らないようにしなければならない。 図5の従来の回
路では、レーザダイオードの閾値電流の温度変化分を測
定し、温度が高いときは、駆動電流の上限に閾値電流増
加分を加算し、温度が低いときは閾値電流減少分を減算
する方式であった。
【0010】レーザダイオードの閾値電流と温度の関係
は(1)式で表す事が出来る。 Ith2 =Ith1 ・exp((T2 −T1 )/T0 ) ・・・・・(1) ここに、Ith2 =温度T2 での閾値電流、Ith1 =温度
T1 での閾値電流、T0 はレーザダイオードの特性温度
定数といい、例えば、短波長または可視光レーザダイオ
ードで100 〜180 Kである。レーザダイオードの温度T
1 、T2 、T3に於ける駆動電流対発光出力特性の概念
図を図6に示す(T1 <T2 <T3 )。
【0011】図5の従来回路では、閾値電流の適正な補
正電流値を得るためには、回路全体を例えば恒温槽に入
れるなどしてFETのドレイン電流を可変抵抗器33で
調節して適正な温度変化の傾きを作り、さらに、増幅器
3の(+)入力電位と等しい電位を増幅器35の出力に
得るために、可変抵抗器34を調節しなければならない
などと煩雑な作業が必要であった。
【0012】この発明は前述した問題点を解消するため
になされたもので、簡易な回路構成により煩雑な調整作
業を無くし、レーザダイオードの過大発光を防止した駆
動回路を提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第1の発明では、一端を接地するレーザダイオード
1と、レーザダイオード1の他端をコレクタに接続し、
エミッタを抵抗9を介して電源−Vに接続するトランジ
スタ10と、一端を接地するホトダイオード2と、反転
入力端子をホトダイオードの他端に接続し、反転入力端
子を抵抗4を介して出力に接続し、非反転入力端子を接
地する増幅器3と、一端を接地し、他端を電源−Vに接
続し、摺動端を抵抗7の一端に接続する可変抵抗器6
と、非反転入力端子を抵抗7の他端に接続し、反転入力
端子をトランジスタ10のエミッタに接続し、出力をト
ランジスタ10のベースに接続する増幅器8と、増幅器
3の出力にカソードを接続し、増幅器8の非反転入力端
子にアノードを接続するダイオード5を備えることを特
徴とする。
【0014】第2の発明では、第1のレーザダイオード
の発光駆動回路において、一端を電源−Vに接続した可
変抵抗器6の他端を第3の抵抗7を介して接地し、可変
抵抗器6の摺動端を第2の増幅器8の非反転入力端子に
接続し、ダイオード5のアノードを可変抵抗器6の他端
へ接続することを特徴とする。
【0015】第3の発明では、第1の発明のレーザダイ
オードの発光駆動回路において、電源の極性が逆の場合
には、増幅器3の出力にアノードを接続し、増幅器8の
非反転入力端子にカソードを接続するダイオード5を備
え、レーザダイオード21の接地極性がカソードに、ホ
トダイオード22の接地極性がアノードに、トランジス
タ23がPNP型になることを特徴とする。
【0016】第4の発明では、第3の発明のレーザダイ
オードの発光駆動回路において、一端を電源+Vに接続
した可変抵抗器6の他端を第3の抵抗7を介して接地
し、可変抵抗6の摺動端を第2の増幅器8の非反転入力
端子に接続し、ダイオード5のカソードを可変抵抗器6
の他端へ接続することを特徴とする。
【0017】
【作用】このような回路構成とすることにより、レーザ
ダイオードの発光出力をホトダイオードにより常に監視
し、発光出力を任意に変化させてホトダイオードの出力
電流が一定値まで増大したときに、レーザダイオードの
駆動電流を制限し、発光出力が増加するのを防ぎ過大発
光を防止する。
【0018】
【実施例】図1はこの発明によるレーザダイオードの発
光駆動回路の第1の実施例を示す回路構成図である。図
1に示す第1の実施例では、ホトダイオード2、ダイオ
ード5が図5に示す従来技術の構成に新たに加わってお
り、増幅器3・8、トランジスタ10は同じものであ
る。
【0019】ホトダイオード2は、レーザダイオード1
の発光出力に比例する電流を接地に対してプラス方向に
出力する。増幅器3はホトダイオードの出力電流を抵抗
4の大きさに比例するマイナスの電圧を出力する。可変
抵抗器6は、電源−Vを接地に対して可変分圧し、抵抗
7を介して増幅器8に接続する。増幅器8はトランジス
タ10、抵抗9、電源−Vで構成され、電源−Vに対し
てプラス方向の入力電圧に等しい電圧を抵抗9の両端に
出力し、トランジスタ10のコレクタ電流は入力電圧を
抵抗9で割った値とほぼ等しい定電流が得られ、レーザ
ダイオード1を駆動する。
【0020】次に動作原理について説明する。可変抵抗
器6を摺動し、レーザダイオードの発光出力が増加して
ホトダイオードで検出され、増幅器3に得られる出力電
圧はマイナス方向へ増加する。この出力電圧が一定値を
越えるとダイオード5がオンになり、増幅器8の入力と
増幅器8の出力が接続される。このため、可変抵抗器6
による電源−Vに対する可変電圧がプラス方向へ増え続
けても、増幅器8の入力電圧は増幅器3の出力電圧に押
さえられ発光出力の増加が阻止される。
【0021】実施例では、定格出力が5mW、定格電流が
60〜 100mAのレーザダイオードを安定に可変発光を行わ
せるために、ホトダイオード2に、レーザダイオード発
光出力に対する出力電流の変換効率が、 0.2mA/mWのも
のを用い、発光出力の上限を5mWに設定した。そのため
には、ダイオード5の順方向電圧降下を0.65Vと見積
り、電源−Vを−12V、抵抗9を56Ωとし、抵抗4は、
(−12V+56Ω×60mA+0.65V)/( 0.2mA/mW×5m
W)<抵抗4、より、 8.2KΩとした。尚、可変抵抗器6
と抵抗7は、増幅器3へ大きな負荷にならない程度でよ
く、それぞれ5KΩ、 4.7KΩとした。
【0022】次に、第2の実施例について図2により説
明する。図2を構成するレーザダイオード、ホトダイオ
ード、抵抗、可変抵抗器、増幅器、ダイオード、トラン
ジスタ、電源は図1と同じものである。レーザダイオー
ド1の過大発光を阻止する動作原理も図1と同じである
が、定格発光時の増幅器3の出力電圧は、可変抵抗器6
と抵抗7の接続点に接続される。すなわち、可変抵抗器
へ加えられる電圧そのものを制限するため、可変抵抗器
の摺動接触電流は極めて小さく出来、寿命、摺動性電流
雑音の面で第1の発明に較べて優れている。
【0023】次に、第3の実施例について図3により説
明する。図1との違いは、図3を構成するレーザダイオ
ード、ホトダイオード、トランジスタ、電源の極性が異
なり、他は図1と同じものである。また、レーザダイオ
ード1の過大発光を阻止する動作原理についても電圧の
動作方向が逆であることを除き図1と同じである。
【0024】次に、第4の実施例について図4により説
明する。図2との違いは、図4を構成するレーザダイオ
ード、ホトダイオード、トランジスタ、電源の極性が異
なり、他は図2と同じものである。また、レーザダイオ
ード1の過大発光を阻止する動作原理についても電圧の
動作方向が逆であることを除き図2と同じであり、可変
抵抗器の寿命、摺動性雑音の面に於ける特徴も第2の実
施例と同じである。
【0025】
【発明の効果】この発明は、レーザダイオードの発光出
力をホトダイオードで監視し、比較のための基準電圧等
を用いずに簡単な回路構成で過大発光によるレーザダイ
オードの破壊を防止し、発光出力を任意に可変可能なレ
ーザダイオードの発光駆動回路を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例に係わるレーザダイオ
ードの発光駆動回路の構成図である。
【図2】この発明の第2の実施例に係わるレーザダイオ
ードの発光駆動回路の構成図である。
【図3】この発明の第3の実施例に係わるレーザダイオ
ードの発光駆動回路の構成図である。
【図4】この発明の第4の実施例に係わるレーザダイオ
ードの発光駆動回路の構成図である。
【図5】従来技術によるレーザダイオードの発光駆動回
路の構成図である。
【図6】レーザダイオードの温度T1,T2,T3(T1<T
2<T3)に於ける駆動電流対発光出力特性図である。
【図7】従来技術によるレーザダイオードの発光駆動回
路に於ける温度補正回路部分の回路電流の温度特性図で
ある。
【符号の説明】
1 レーザダイオード 2 ホトダイオード 3 増幅器 4 抵抗 5 ダイオード 6 可変抵抗器 7 抵抗 8 増幅器 9 抵抗 10 トランジスタ 21 レーザダイオード 22 ホトダイオード 23 トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−94633(JP,A) 特開 平5−243651(JP,A) 特開 平5−325241(JP,A) 実開 平5−8967(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端を接地するレーザダイオード(1)
    と、 レーザダイオード(1) の他端をコレクタに接続し、エミ
    ッタを第1の抵抗(9)を介して電源(-V)に接続するトラ
    ンジスタ(10)と、 一端を接地するホトダイオード(2) と、反転入力端子を
    ホトダイオード(2) の他端に接続し、反転入力端子を第
    2の抵抗(4) を介して出力に接続し、非反転入力端子を
    接地する第1の増幅器(3) と、 一端を接地し、他端を電源(-V)に接続し、摺動端を第3
    の抵抗(7) の一端に接続する可変抵抗器(6) と、 非反転入力端子を第3の抵抗(7) の他端に接続し、反転
    入力端子をトランジスタ(10)のエミッタに接続し、出力
    をトランジスタ(10)のベースに接続する第2の増幅器
    (8) と、 第1の増幅器(3) の出力にカソードを接続し、第2の増
    幅器(8) の非反転入力端子にアノードを接続するダイオ
    ード(5) を備えることを特徴とするレーザダイオードの
    発光駆動回路。
  2. 【請求項2】 請求項1のレーザダイオードの発光駆動
    回路において、一端を電源(-V)に接続した可変抵抗器
    (6) の他端を第3の抵抗(7) を介して接地し、可変抵抗
    器(6) の摺動端を第2の増幅器(8) の非反転入力端子
    に接続し、ダイオード(5) のアノードを可変抵抗器(6)
    の他端へ接続することを特徴とするレーザダイオードの
    発光駆動回路。
  3. 【請求項3】 請求項1のレーザダイオードの発光駆動
    回路において、電源の極性が逆の場合には、第1の増幅
    器(3) の出力にアノードを接続し、第2の増幅器(8)の
    非反転入力端子にカソードを接続するダイオード(5) を
    備え、レーザダイオード(21)の接地極性がカソードに、
    ホトダイオード(22)の接地極性がアノードに、トランジ
    スタ(23)がPNP型になることを特徴とするレーザダイ
    オードの発光駆動回路。
  4. 【請求項4】 請求項3のレーザダイオードの発光駆動
    回路において、一端を電源(+V)に接続した可変抵抗器
    (6) の他端を第3の抵抗(7) を介して接地し、可変抵抗
    器(6) の摺動端を第2の増幅器(8) の非反転入力端子に
    接続し、ダイオード(5) のカソードを可変抵抗器(6) の
    他端へ接続することを特徴とするレーザダイオードの発
    光駆動回路。
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CN115275758B (zh) * 2022-09-19 2023-01-24 上海三菲半导体有限公司 一种宽带脉冲调制光源

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