JP7318722B2 - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

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Description

本開示は、レーザダイオード駆動回路に関する。
近年、自動車システムや気象観測システムなどにＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）が用いられることがある。ＬｉＤＡＲは、パルス状に発光するレーザダイオードからの光（光パルス）を照射し、それに対する散乱光を測定することで、遠距離にある対象までの距離やその対象の性質を分析するシステムである。
このＬｉＤＡＲに用いることが可能なレーザダイオード駆動回路については、さまざま開発されている（特許文献１，２）。特許文献１では、直流電源、インダクタ、電流逆流防止素子、コンデンサ、および当該コンデンサの放流電流により発光するレーザダイオードを直列に接続した直列回路と、スイッチング素子と、制御回路とを含む、レーザダイオード駆動回路が開示されている。特許文献１のスイッチング素子は、一端が、電流逆流防止素子とコンデンサとの間に接続され、制御回路が制御しているオン・オフの状態によってインダクタに流れる電流をスイッチングしている。
特許文献２では、各レーザダイオードのアノード側に充電用のスイッチング素子のドレイン電極がそれぞれ接続され、充電用のスイッチング素子のソース電極が電源に接続した構成が開示されている。さらに、特許文献２では、各レーザダイオードのカソード側に、駆動用のスイッチング素子のドレイン電極が接続され、各レーザダイオードのアノードとＧＮＤ配線との間にコンデンサがそれぞれ接続されている。
特開２０１６－１５２３３６号公報 特開２００９－１７０８７０号公報
しかし、特許文献１の構成では、複数のレーザダイオードを駆動させる場合、複数のレーザダイオードを順番に発光させて短パルスの光パルスを照射することができず、複数のレーザダイオードをそれぞれ個別に制御する回路構成を採用することができない。
また、特許文献２の構成では、一つのレーザダイオードを駆動するためにスイッチング素子のオン・オフの状態を切り替えると、スイッチング素子のドレイン電極とソース電極との間に存在する寄生容量を介して、他のレーザダイオードにも電流が流れてしまう。そのため、特許文献２の構成では、発光させたくないタイミングでレーザダイオードが発光すること、発光させたくないレーザダイオードが発光することがあった。
そこで、本開示の目的は、発光させたいタイミングで、発光させたいレーザダイオードを個別に発光することができるレーザダイオード駆動回路を提供することである。
本開示の一形態に係るレーザダイオード駆動回路は、カソード側を共通に接続した複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードの各々または共通に設けられ、複数のレーザダイオードのカソードに対して直列に接続され、複数のレーザダイオードの各々に電流を供給する少なくとも一つの駆動用コンデンサと、複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、駆動用コンデンサに対して直列に、かつ複数のレーザダイオードのアノードに対して直列に接続され、複数のレーザダイオードの各々に電流を供給するＯＮ状態と電流を供給しないＯＦＦ状態とを切り替える複数の駆動用スイッチング素子と、駆動用コンデンサに対して直列に接続され、駆動用コンデンサに電流を供給する駆動用電源と、複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、複数のレーザダイオードの各々に対して並列に、駆動用電源および駆動用コンデンサに対して直列に接続され、駆動用コンデンサを充電する方向に電流の流れを制限する複数の制限素子と、複数のレーザダイオードのアノードとグランドの間にそれぞれ設けられ、駆動用コンデンサの放電時に、複数のレーザダイオードのうちの一つに流れる電流が他の複数のレーザダイオードに流れることを抑制する複数の電流抑制素子と、を備える。
本開示の一形態によれば、カソード側を共通に接続した複数のレーザダイオードを個別に発光させる場合に、発光させたくないタイミングでレーザダイオードが発光するのを防ぐことができる。
実施の形態１に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態１の変形例１に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態１の変形例２に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態１の変形例３に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態２に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態２の変形例１に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態２の変形例２に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 実施の形態３に係るレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。 スイッチング素子とレーザダイオード駆動用スイッチング素子とのスイッチングのタイミングを示すタイミングチャートである。
以下、各実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るレーザダイオード駆動回路１０を示す回路図である。図１を参照して、実施の形態１に係るレーザダイオード駆動回路１０の回路構成とその動作について説明する。
レーザダイオード駆動回路１０は、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）など短パルスの光パルスを出力するシステムに採用され、複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２を駆動する。具体的に、レーザダイオード駆動回路１０は、カソードを共通に接続した複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２が一つの基板に形成されているレーザダイオードアレイＩを駆動する駆動回路である。なお、以下の実施の形態では、２つのレーザダイオードを設けたレーザダイオードアレイＩを駆動するレーザダイオード駆動回路について説明するが、これに限られず、レーザダイオード駆動回路は、３つ以上のレーザダイオードを設けたレーザダイオードアレイＩを駆動する構成でもよい。
レーザダイオード駆動回路１０は、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２（以下、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２ともいう）、ドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２、ドライブ回路用コンデンサＣ１－１，Ｃ１－２（以下、コンデンサＣ１－１，Ｃ１－２ともいう）、トランスＴ１－１，Ｔ１－２、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２、およびドライブ回路駆動用電源Ｖ２（以下、駆動電源Ｖ２ともいう）を備える。さらに、レーザダイオード駆動回路１０は、レーザダイオード駆動用電源Ｖ１（以下、駆動電源Ｖ１ともいう）、インダクタＬ１、レーザダイオード駆動用コンデンサＣ２（以下、コンデンサＣ２ともいう）、およびレーザダイオードＬＤ１－１と並列に接続されたダイオードＤ１を備える。なお、レーザダイオードＬＤ１－１と並列に接続される素子は、ダイオードＤ１に限られず、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２の順方向のインピーダンスに対して、十分に大きく、かつ、逆方向のインピーダンスに対して、十分に小さな抵抗素子でもよく、コンデンサＣ２を充電する方向に電流の流れを制限する制限素子であればよい。
本実施の形態１では、コンデンサＣ２の放電時に、一つのレーザダイオードに流れる電流が他のレーザダイオードに流れることを抑制する電流抑制素子としてインダクタＬ２－１，Ｌ２－２をレーザダイオード駆動回路１０に設けてある。インダクタＬ２－１，Ｌ２－２は、複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノード側にそれぞれ設けられている。
レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２は、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２によって発光を制御される。レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノードは、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のソース電極に接続される。レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のカソードは、共通に接続される。
駆動電源Ｖ１は、直流電源である。駆動電源Ｖ１は、コンデンサＣ２を充電することで、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２の発光に使用される電荷をレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に供給する。コンデンサＣ２は、レーザダイオードＬＤ１－１のカソードとスイッチング素子Ｑ１－１のドレイン電極との間に接続される。
スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２は、ＭＯＳＦＥＴやＧａＮＦＥＴ等のＮ型のスイッチング素子であり、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に対して並列に接続される。スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２が、コンデンサＣ２に蓄えられている電流をレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に流れる状態（ＯＮ状態）と流れない状態（ＯＦＦ状態）とを切り替える。なお、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２は、Ｐ型のスイッチング素子でもよいが、Ｎ型のスイッチング素子を採用することでレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に流す大電流を高速にスイッチングすることが可能となる。
スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを高速に切り替えることにより、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２から短パルスの光パルスを発光させることができる。
ドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２は、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２からの信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える。信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２からの信号は、トランスＴ１－１，Ｔ１－２で昇圧されてドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２に供給される。
次に、レーザダイオード駆動回路１０の動作について説明する。まず、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２から出力される信号がＬｏｗレベルの場合、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２に接続されたトランスＴ１－１，Ｔ１－２の出力電圧もＬｏｗレベルとなる。トランスＴ１－１，Ｔ１－２の出力電圧がＬｏｗレベルの場合、トランスＴ１－１，Ｔ１－２に接続されたドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２の入力電圧もＬｏｗレベルとなる。
この時、駆動電源Ｖ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１、およびインダクタＬ２－１が直列に接続された経路に電流が流れることで、コンデンサＣ２は充電される。また、駆動電源Ｖ２、コンデンサＣ１－１、Ｃ１－２、およびインダクタＬ２－１，Ｌ２－２が直列に接続された経路に電流が流れることで、コンデンサＣ１－１、Ｃ１－２が充電される。
信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２から出力される信号がＨｉｇｈレベルの場合、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２に接続されたトランスＴ１－１，Ｔ１－２の出力電圧もＨｉｇｈレベルとなる。トランスＴ１－１，Ｔ１－２の出力電圧がＨｉｇｈレベルの場合、トランスＴ１－１，Ｔ１－２に接続されたドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２の入力電圧もＨｉｇｈレベルとなる。
この時、コンデンサＣ１－１、Ｃ１－２、ドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２、およびスイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のゲート電極とソース電極との間が直列に接続された経路に電流が流れることで、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２はＯＮ状態となる。スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＮ状態になると、コンデンサＣ２、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のドレイン電極とソース電極との間、およびレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２が直列に接続された経路にコンデンサＣ２の放電電流が流れることで、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２が発光する。
レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で短パルスの光パルスを発光させる場合、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２でＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えを高速で行うことになる。スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２を高速でスイッチングすることで、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に高い周波数の電圧および電流が印加されることになる。
一方、高い周波数の電圧および電流を遮断する作用を持つインダクタＬ２－１，Ｌ２－２により、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノード側とＧＮＤとの間には高いインピーダンスが存在する状態となる。そのため、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に印加される高い周波数の電圧および電流は、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２を介してＧＮＤに流れることはなく、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のカソードを共通に接続した場合でも、個々のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２を異なったタイミングで発光させることができる。
具体的に、レーザダイオードＬＤ１－１が発光するとき、レーザダイオードＬＤ１－１に高い周波数の電流が流れるのであれば、インダクタＬ２－１の電気的作用によってカソードを共通に接続したレーザダイオードＬＤ１－２に電流が流れることはない。同様に、レーザダイオードＬＤ１－２が発光するとき、レーザダイオードＬＤ１－２に高い周波数の電流が流れるのであれば、インダクタＬ２－２の電気的作用によってカソードを共通に接続したレーザダイオードＬＤ１－１に電流が流れることはない。
このため、レーザダイオード駆動回路１０は、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２のそれぞれの信号のタイミングをずらすことで、複数のレーザダイオードを異なったタイミングで発光させることが可能となる。
次に、高い周波数の電圧および電流を遮断するインダクタＬ２－１，Ｌ２－２の作用について詳しく説明する。インダクタＬ２－１，Ｌ２－２が、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に流れる電流を遮断するためには、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスの絶対値に比べてインダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインピーダンスの値が大きい必要がある。
具体的に、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインダクタンスをＬ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスのパルス周波数をｆｌｄ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で光パルスを発光する発光周波数をｆｓｗ、およびレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスをＺｌｄとする。ここで、パルス周波数ｆｌｄは、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスをｓｉｎ波の１／２周期として定義する。発光周波数ｆｓｗは、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスの間隔を１周期として定義する。インピーダンスＺｌｄは、図１に示す接続点Ａ１，Ａ２からレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のカソードに接続されるコンデンサＣ２の端子までのインピーダンスとして定義する。もちろん、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２自体のインピーダンスが、他の部分のインピーダンスより大きければ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２自体のインピーダンスをインピーダンスＺｌｄとしてもよい。
インダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインダクタンスＬと、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスＺｌｄとの関係は、以下の式１の関係を満たす。
｜Ｚｌｄ｜＜２πｆｌｄ×Ｌ・・・（式１）
なお、パルス周波数ｆｌｄは、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下の範囲であることが好ましい。なお、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインダクタンスＬは、コンデンサＣ２から放電された電荷量を発光周波数ｆｓｗ（光パルスを発光する周期の逆数）の１周期分の時間内で充電することができる範囲内の値とする。
次に、本実施の形態１に係るレーザダイオード駆動回路の変形例について説明する。図２は、実施の形態１の変形例１に係るレーザダイオード駆動回路１１を示す回路図である。図２に示すレーザダイオード駆動回路１１では、図１に示すトランスＴ１－１，Ｔ１－２に代えてハイサイドドライバ回路ＩＣ２－１，２－２をドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２に接続する。なお、図２に示すレーザダイオード駆動回路１１のうち、図１に示すレーザダイオード駆動回路１０と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を繰返さない。
ハイサイドドライバ回路ＩＣ２－１，２－２は、例えばアイソレーションＩＣであり、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２とドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２とを絶縁しつつ、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２からの信号をドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２に出力することができる。レーザダイオード駆動回路１１は、ハイサイドドライバ回路ＩＣ２－１，２－２を採用することで、トランスＴ１－１，Ｔ１－２を採用するレーザダイオード駆動回路１０に比べてサイズを小型化できる。なお、レーザダイオード駆動回路１１は、その他の効果についてレーザダイオード駆動回路１０と同等の効果を得ることができる。
図３は、実施の形態１の変形例２に係るレーザダイオード駆動回路１２を示す回路図である。図３に示すレーザダイオード駆動回路１２では、図１に示すコンデンサＣ２に代えてコンデンサＣ２－１，Ｃ２－２を設けている。なお、図３に示すレーザダイオード駆動回路１２のうち、図１に示すレーザダイオード駆動回路１０と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を繰返さない。
図１に示すレーザダイオード駆動回路１０では、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に電流を供給するためのコンデンサを共通のコンデンサＣ２としているが、図３に示すレーザダイオード駆動回路１２では、レーザダイオードＬＤ１－１に電流を供給するためのコンデンサＣ２－１と、レーザダイオードＬＤ１－２に電流を供給するためのコンデンサＣ２－２とに分けて設けている。なお、レーザダイオード駆動回路１２では、コンデンサＣ２－１にインダクタＬ１－１およびダイオードＤ１－１、コンデンサＣ２－２にインダクタＬ１－２およびダイオードＤ１－２をそれぞれ接続している。
このように、レーザダイオード駆動回路１２では、レーザダイオードごとに、電流を供給する駆動用コンデンサを設けている。そのため、レーザダイオード駆動回路１２では、容量の大きい共通のコンデンサを設ける必要がなく、容量の小さいコンデンサを複数設けることで、サイズを小型化できるとともに、製造コストを低減することができる。また、レーザダイオード駆動回路１２では、コンデンサＣ２－１，Ｃ２－２を個別に充放電できるため、レーザダイオードＬＤ１－１を駆動しているときもレーザダイオードＬＤ１－２を駆動するためのコンデンサＣ２－２を充電できる。そのため、レーザダイオード駆動回路１２では、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスの発光周波数ｆｓｗを高くすることができる。さらに、レーザダイオード駆動回路１２では、スイッチング素子、レーザダイオード、部品間配線の寄生容量、寄生インダクタンス、寄生抵抗などにより、駆動の対象とするレーザダイオード以外のレーザダイオードが発光してしまう可能性を低減することができる。なお、レーザダイオード駆動回路１２は、その他の効果についてレーザダイオード駆動回路１０と同等の効果を得ることができる。
図４は、実施の形態１の変形例３に係るレーザダイオード駆動回路１３を示す回路図である。図４に示すレーザダイオード駆動回路１３では、図３に示すレーザダイオード駆動回路１２の構成に抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２を追加した構成である。なお、図４に示すレーザダイオード駆動回路１３のうち、図１に示すレーザダイオード駆動回路１０および図３に示すレーザダイオード駆動回路１２と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を繰返さない。
図４に示すレーザダイオード駆動回路１３では、インダクタＬ２－１に抵抗素子Ｒ１－１が直列に接続され、インダクタＬ２－２に抵抗素子Ｒ１－２が直列に接続されている。これにより、レーザダイオード駆動回路１３では、コンデンサＣ２－１，Ｃ２－２を充電する際に、充電電流がインダクタＬ２－１，Ｌ２－２を通過することでコンデンサＣ２－１，Ｃ２－２とインダクタＬ２－１，Ｌ２－２との作用で生じるリンギング（ノイズ）を、抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２で抑制することができる。
レーザダイオード駆動回路１３のように抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２を設けた場合、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２が、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に流れる電流を遮断するためには、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスの絶対値に比べて抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２を含めたインダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインピーダンスの値が大きい必要がある。
具体的に、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインダクタンスをＬ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスのパルス周波数をｆｌｄ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で光パルスを発光する発光周波数をｆｓｗ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスをＺｌｄ、および抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２の抵抗値をＲとする。
抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２を含めたインダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインダクタンスと、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスＺｌｄとの関係は、以下の式２の関係を満たす。
｜Ｚｌｄ｜＜２πｆｌｄ×Ｌ＋Ｒ・・・（式２）
なお、パルス周波数ｆｌｄは、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下の範囲であることが好ましい。
図４に示す抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２は、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノード側とインダクタＬ２－１，Ｌ２－２との間に設けられている。しかし、これに限られず、抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２は、接続点Ａ１，Ａ２とＧＮＤとの間であれば、いずれの位置に設けてもよく、また複数に分けて設けてもよい。
なお、本実施の形態１、および変形例１～３で説明した構成は、互いに組み合わせてもよい。
以上のように、本実施の形態１に係るレーザダイオード駆動回路１０では、カソード側を共通に接続した複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２と、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に対して直列に接続され、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に電流を供給するコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２に対して直列に接続され、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に電流を供給するＯＮ状態と電流を供給しないＯＦＦ状態とを切り替えるスイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２と、を備える。さらに、レーザダイオード駆動回路１０では、コンデンサＣ２に電流を供給する駆動電源Ｖ１と、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に対して並列で、駆動電源Ｖ１およびコンデンサＣ２に対して直列に接続され、コンデンサＣ２を充電する方向に電流の流れを制限するダイオードＤ１と、複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノード側にそれぞれ設けられ、コンデンサＣ２の放電時に、一つのレーザダイオードに流れる電流が他のレーザダイオードに流れることを抑制する電流抑制素子と、を備える。これにより、レーザダイオード駆動回路１０では、カソード側を共通に接続した複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２を個別に発光させる場合に、発光させたくないタイミングでレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２が発光するのを防ぐことができる。
電流抑制素子は、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２であることが好ましい。また、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスの絶対値は、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のパルス周波数でのインダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインピーダンスの値より小さい。レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のパルス周波数は、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下までの範囲であることが好ましい。
インダクタＬ２－１，Ｌ２－２に対して直列に接続される抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２をさらに備えることが好ましい。これにより、レーザダイオード駆動回路１３では、コンデンサＣ２－１，Ｃ２－２を充電する際に生じるリンギング（ノイズ）を、抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２で抑制することができる。
レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のインピーダンスの絶対値は、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のパルス周波数でのインダクタＬ２－１，Ｌ２－２のインピーダンスと抵抗素子Ｒ１－１，Ｒ１－２のインピーダンスとの合算の値より小さい。レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のパルス周波数は、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下までの範囲であることが好ましい。
コンデンサＣ２は、複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のそれぞれに対して電流を供給する共通に設けたコンデンサであることが好ましい。これにより、レーザダイオード駆動回路１０では、回路を構成する部品数を減らすことができる。
コンデンサＣ２－１，Ｃ２－２は、複数のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のそれぞれに対して電流を供給する個別に設けたコンデンサであることが好ましい。これにより、レーザダイオード駆動回路１２では、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスの発光周波数ｆｓｗを高くすることができる。
［実施の形態２］
実施の形態２におけるレーザダイオード駆動回路について説明する。実施の形態１では、駆動用コンデンサの放電時に、一つのレーザダイオードに流れる電流が他のレーザダイオードに流れることを抑制するためにインダクタを備えていた。これに対し、実施の形態２では、駆動用コンデンサの放電時における電流の流れをダイオードで制御する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
図５は、実施の形態２におけるレーザダイオード駆動回路２０を示す回路図である。図５を参照して、レーザダイオード駆動回路２０には、実施の形態１で示したインダクタＬ２－１，Ｌ２－２に代えてダイオードＤ２－１，Ｄ２－２が接続されている。ダイオードＤ２－１，Ｄ２－２は、電流抑制素子の一例である。コンデンサＣ２の充電時、駆動電源Ｖ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１、およびダイオードＤ２－１が直列に接続された経路に電流が流れる。
しかし、コンデンサＣ２の放電時、コンデンサＣ２、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のドレイン電極とソース電極との間、およびレーザダイオードＬＤ１－１が直列に接続された経路にコンデンサＣ２の放電電流が流れるが、ダイオードＤ２－１，Ｄ２－２を介してレーザダイオードＬＤ１－２に流れることはない。また、コンデンサＣ２の放電時、コンデンサＣ２、スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のドレイン電極とソース電極との間、およびレーザダイオードＬＤ１－２が直列に接続された経路にコンデンサＣ２の放電電流が流れるが、ダイオードＤ２－１，Ｄ２－２を介してレーザダイオードＬＤ１－１に流れることはない。
このため、レーザダイオード駆動回路２０は、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２のそれぞれの信号のタイミングをずらすことで、複数のレーザダイオードを異なったタイミングで発光させることが可能となる。
次に、本実施の形態２に係るレーザダイオード駆動回路の変形例について説明する。図６は、実施の形態２の変形例１に係るレーザダイオード駆動回路２１を示す回路図である。図６に示すレーザダイオード駆動回路２１では、図５に示すトランスＴ１－１，Ｔ１－２に代えてハイサイドドライバ回路ＩＣ２－１，２－２をドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２に接続する。なお、図６に示すレーザダイオード駆動回路２１のうち、図５に示すレーザダイオード駆動回路２０と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を繰返さない。
ハイサイドドライバ回路ＩＣ２－１，２－２は、例えばアイソレーションＩＣであり、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２とドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２とを絶縁しつつ、信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２からの信号をドライブ回路ＩＣ１－１，ＩＣ１－２に出力することができる。レーザダイオード駆動回路２１は、ハイサイドドライバ回路ＩＣ２－１，２－２を採用することで、トランスＴ１－１，Ｔ１－２を採用するレーザダイオード駆動回路２０に比べてサイズを小型化できる。なお、レーザダイオード駆動回路２１は、その他の効果についてレーザダイオード駆動回路２０と同等の効果を得ることができる。
図７は、実施の形態２の変形例２に係るレーザダイオード駆動回路２２を示す回路図である。図７に示すレーザダイオード駆動回路２２では、図５に示すコンデンサＣ２に代えてコンデンサＣ２－１，Ｃ２－２を設けている。なお、図７に示すレーザダイオード駆動回路２２のうち、図５に示すレーザダイオード駆動回路２０と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を繰返さない。
図５に示すレーザダイオード駆動回路２０では、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に電流を供給するためのコンデンサを共通のコンデンサＣ２としているが、図７に示すレーザダイオード駆動回路２２では、レーザダイオードＬＤ１－１に電流を供給するためのコンデンサＣ２－１と、レーザダイオードＬＤ１－２に電流を供給するためのコンデンサＣ２－２とに分けて設けている。なお、レーザダイオード駆動回路２２では、コンデンサＣ２－１にインダクタＬ１－１およびダイオードＤ１－１、コンデンサＣ２－２にインダクタＬ１－２およびダイオードＤ１－２をそれぞれ接続している。
このように、レーザダイオード駆動回路２２では、レーザダイオードごとに、電流を供給する駆動用コンデンサを設けている。そのため、レーザダイオード駆動回路２２では、容量の大きい共通のコンデンサを設ける必要がなく、容量の小さいコンデンサを複数設けることで、サイズを小型化できるとともに、製造コストを低減することができる。また、レーザダイオード駆動回路２２では、コンデンサＣ２－１，Ｃ２－２を個別に充放電できるため、レーザダイオードＬＤ１－１を駆動しているときもレーザダイオードＬＤ１－２を駆動するためのコンデンサＣ２－２を充電できる。そのため、レーザダイオード駆動回路２２では、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２で発光する光パルスの発光周波数ｆｓｗを高くすることができる。さらに、レーザダイオード駆動回路２２では、スイッチング素子、レーザダイオード、部品間配線の寄生容量、寄生インダクタンス、寄生抵抗などにより、駆動の対象とするレーザダイオード以外のレーザダイオードが発光してしまう可能性を低減することができる。なお、レーザダイオード駆動回路２２は、その他の効果についてレーザダイオード駆動回路２０と同等の効果を得ることができる。
［実施の形態３］
実施の形態３におけるレーザダイオード駆動回路について説明する。実施の形態１では、駆動用コンデンサの放電時に電流がレーザダイオードに流れることを抑制するためにインダクタを備えていた。これに対し、実施の形態３では、駆動用コンデンサの放電時における電流の流れをスイッチング素子で制御する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。
図８は、実施の形態３におけるレーザダイオード駆動回路３０を示す回路図である。図９は、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２とレーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２とのスイッチングのタイミングを示すタイミングチャートである。
図８を参照して、レーザダイオード駆動回路３０には、実施の形態１で示したインダクタＬ２－１，Ｌ２－２に代えてスイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２が接続されている。スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２は、電流抑制素子の一例である。スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２は、接続点Ａ１，Ａ２とＧＮＤとの間に電流が流れるＯＮ状態と電流が流れないＯＦＦ状態とを切り替える。スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２は、コンデンサＣ２の充電時にＯＮ状態に制御され、コンデンサＣ２の充電が完了するとＯＦＦ状態に制御される。
図８および図９を参照して、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２は、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２のＯＦＦ状態の期間のいずれかのタイミングでＯＮ状態に制御される。なお、図９では、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２に入力される信号源Ｓ２－１，Ｓ２－２の信号として記載し、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２に入力される信号源Ｓ１－１，Ｓ１－２の信号として記載している。
スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＮ状態に制御されると、駆動電源Ｖ１からインダクタＬ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１、およびスイッチング素子Ｑ２－１を経てグランドに流れ、コンデンサＣ２が充電される。このとき、電流は、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２には流れない。コンデンサＣ２の充電が完了すると、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２はＯＦＦ状態に制御される。その後、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２が必要な時間だけＯＮ状態に制御され、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に電流が流れる。
図９に示すタイミング（ａ）およびタイミング（ｃ）は、コンデンサＣ２の充電が完了したタイミング（スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わるタイミング）を示し、図９に示すタイミング（ｂ）およびタイミング（ｄ）は、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるタイミングを示している。このように、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わるタイミングとレーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるタイミングとが重ならないように制御される。また、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２とレーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２とでＯＮ状態の時期が重ならないように制御される。スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＮ状態に制御される期間は、コンデンサＣ２の充電に十分な期間であればよい。レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＮ状態に制御される期間は、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２を発光させるために十分な期間であればよい。
このように、コンデンサＣ２を充電する場合（スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＮ状態、かつ、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＦＦ状態の場合）には、電流はスイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２に流れ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノード－カソード間にはほとんど電圧がかからないため、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２は発光しない。これにより、発光させたくないタイミングでレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２が発光してしまうことを抑制することができる。
コンデンサＣ２を充電する場合（スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＮ状態、かつ、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＦＦ状態の場合）には、電流はスイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２に流れ、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２のアノード－カソード間にはほとんど電流が流れない。
また、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２の駆動時（スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２がＯＦＦ状態、かつ、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２がＯＮ状態の場合）には、電流はコンデンサＣ２からレーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２を経てレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２に流れ、スイッチング素子Ｑ２－１，Ｑ２－２には流れない。
また、レーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２は、レーザダイオード駆動用スイッチング素子Ｑ１－１，Ｑ１－２をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることによって発光する。これにより、発光させたいタイミングで発光させたいレーザダイオードに対応するレーザダイオード駆動用スイッチング素子をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることにより、発光させたいタイミングで発光させたいレーザダイオードを個別に発光させることができる。
実施の形態３に係るレーザダイオード駆動回路３０に、実施の形態１で説明した変形例１，２の構成を組み合わせてもよい。
［その他の変形例］
これまで説明したレーザダイオード駆動回路では、２つのレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２を発光させる構成について説明したが、３つ以上のレーザダイオードを発光させる構成についても同様に適用することができる。例えば、ｎ個のレーザダイオードＬＤ１－１，ＬＤ１－２，・・・，ＬＤ１－ｎを駆動するレーザダイオード駆動回路では、各々のレーザダイオードのアノード側とＧＮＤとの間にインダクタＬ２－１，Ｌ２－２，・・・，Ｌ２－ｎを接続する。そして、各々のインダクタのインダクタンスと、各々のレーザダイオードのインピーダンスとの関係は、以下の式３の関係を満たす。ここで、各々のインダクタＬ２－（ｉ）のインダクタンスをＬ（ｉ）と、各々のレーザダイオードＬＤ１－（ｉ）のインピーダンスをＺｌｄ（ｉ）と定義する。ただし、ｉは１からｎまでの整数とする。
｜Ｚｌｄ（ｉ）｜＜２πｆｌｄ×Ｌ（ｉ）・・・（式３）
また、レーザダイオード駆動回路は、インダクタＬ２－１，Ｌ２－２，・・・，Ｌ２－ｎの各々に抵抗素子を直接に接続する構成についても同様に適用することができる。この場合、各々のインダクタのインダクタンスと、各々のレーザダイオードのインピーダンスとの関係は、以下の式４の関係を満たす。ここで、各々の抵抗素子Ｒ１－（ｉ）の抵抗値をＲ（ｉ）と定義する。ただし、ｉは１からｎまでの整数とする。
｜Ｚｌｄ（ｉ）｜＜２πｆｌｄ×Ｌ（ｉ）＋Ｒ（ｉ）・・・（式４）
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０，１１，１２，１３，２０，２１，２２，３０ レーザダイオード駆動回路、Ｃ１ ドライブ回路用コンデンサ、Ｃ２ レーザダイオード駆動用コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｉ レーザダイオードアレイ。

Claims (11)

  1. レーザダイオード駆動回路であって、
    カソード側を共通に接続した複数のレーザダイオードと、
    前記複数のレーザダイオードの各々または共通に設けられ、前記複数のレーザダイオードのカソードに対して直列に接続され、前記複数のレーザダイオードの各々に電流を供給する少なくとも一つの駆動用コンデンサと、
    前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、前記駆動用コンデンサに対して直列に、かつ前記複数のレーザダイオードのアノードに対して直列に接続され、前記複数のレーザダイオードの各々に電流を供給するＯＮ状態と電流を供給しないＯＦＦ状態とを切り替える複数の駆動用スイッチング素子と、
    前記駆動用コンデンサに対して直列に接続され、前記駆動用コンデンサに電流を供給する駆動用電源と、
    前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、前記複数のレーザダイオードの各々に対して並列に、前記駆動用電源および前記駆動用コンデンサに対して直列に接続され、前記駆動用コンデンサを充電する方向に電流の流れを制限する複数の制限素子と、
    前記複数のレーザダイオードのアノードとグランドの間にそれぞれ設けられ、前記駆動用コンデンサの放電時に、前記複数のレーザダイオードのうちの一つに流れる電流が他の前記複数のレーザダイオードに流れることを抑制する複数の電流抑制素子と、を備える、レーザダイオード駆動回路。
  2. 前記複数の電流抑制素子の各々は、インダクタである、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
  3. 前記複数のレーザダイオードの各々のインピーダンスの絶対値は、前記複数のレーザダイオードの各々で発光する光パルスをｓｉｎ波の１／２周期と定義したパルス周波数での前記インダクタのインピーダンスの値より小さい、請求項２に記載のレーザダイオード駆動回路。
  4. 前記複数のレーザダイオードの各々で発光する光パルスをｓｉｎ波の１／２周期と定義したパルス周波数は、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下までの範囲である、請求項２または請求項３に記載のレーザダイオード駆動回路。
  5. 前記インダクタに対して直列に接続される抵抗素子をさらに備える、請求項２～請求項４のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。
  6. 前記複数のレーザダイオードの各々のインピーダンスの絶対値は、前記複数のレーザダイオードの各々で発光する光パルスをｓｉｎ波の１／２周期と定義したパルス周波数での前記インダクタのインピーダンスと前記抵抗素子のインピーダンスとの合算の値より小さい、請求項５に記載のレーザダイオード駆動回路。
  7. 前記複数のレーザダイオードの各々で発光する光パルスをｓｉｎ波の１／２周期と定義したパルス周波数は、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下までの範囲である、請求項５または請求項６に記載のレーザダイオード駆動回路。
  8. 前記複数の電流抑制素子の各々は、前記複数のレーザダイオードの各々に対して直列にアノード側を接続するダイオードである、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
  9. 前記複数の電流抑制素子の各々は、スイッチング素子である、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
  10. 前記駆動用コンデンサは、前記複数のレーザダイオードのそれぞれに対して電流を供給する共通に設けたコンデンサである、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。
  11. 前記駆動用コンデンサは、前記複数のレーザダイオードのそれぞれに対して電流を供給する個別に設けたコンデンサである、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。
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