JPH01303775A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザ駆動装置に関し、特に半導体レー
ザな構成するレーザダイオードチップの発熱を一定化さ
せ、これによりレーザダイオードチップの温度を安定さ
せて半導体レーザからの発振周波数及び発光点位置の安
定化を図った高精度化が要求される光計測用の発光源に
好適な半導体レーザ駆動装置に関するものである。

（従来の技術） 従来よりレーザ特に半導体レーザからの発振周波数や発
光点位置等を安定させる為には半導体レーザの温度を精
度良く制御することが必要である。

第６図は従来の半導体レーザにおいて温度ル制御を行う
場合の一実施例の概略図である。同図において６１は半
導体レーザであり、パワーモニタ用のＰＩＮフォトダイ
オードを内蔵している。６２はドライブ回路でありパワ
ーモニタ用のＰＩＮフォトダイオードからの光出力をモ
ニタし、半導体レーザ６１からの出力を一定値で駆動さ
せている。６３はヒートシンクであり、半導体レーザ６
１の発熱を放熱している。６４はベルチェ素子であり、
ヒートシンク６３の温度を下げている。

６５は熱電対であり、半導体レーザ６１近傍に取り付け
られており、温度に対応して電圧を発生している。６６
は温度電圧変換器であり、熱電対６５の電圧を温度に対
応した電圧に変換している。６７は温度制御回路であり
、温度電圧変換器６６からの出力電圧に基づいて半導体
レーザ６１を所定の設定温度に制御するためにベルチェ
素子６４を駆動している。従来は第６図て示す構成を用
いて半導体レーザ６１からの出力値が一定で駆動するよ
うに半導体レーザの温度制御を行っていた。

しかしながら半導体レーザ６１からの光出力をアナログ
的に変化させて駆動する場合ヒートシンク６３の熱伝導
率等で決まる系の応答性が遅く。

半導体レーザ６１の発熱量が変化し、過渡的に半導体レ
ーザ６１の温度が変化してしまう欠点があった。又、半
導体レーザ６１内のレーザダイオードチップから離れた
位置で温度を検出している為、レーザダイオードチップ
の発熱量の違いによりレーザダイオードチップと熱電対
６５との温度勾配が変化し、熱電対６５の温度を設定値
に制御しても半導体レーザ６１内のレーザダイオードチ
ップの温度を一定に保つのが難しかった。ｉち従来の方
法では一定の光出力で半導体レーザを駆動させる以外は
半導体レーザ内のレーザダイオードチップの温度制御が
難しかった。

この他生導体レーザは発振周波数及び発光点位置が温度
に依存する為従来の駆動方法では高精度の光計測用発光
源として用いるには問題があフた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は半導体レーザの発振光量の制御を設定光量に応
じた点灯及び消灯のデユーティ制御のもとて例えば半導
体レーザの点灯時すなわちレーザ発振時（以下単に点灯
時と示す）にはアナログ的に光量を制御し、又消灯時に
はレーザダイオードチップの発熱量を一定にするような
レーザ発振開始電流以下のバイアス電流（以下単に「バ
イアス電流」と示す）を流すことによりレーザダイオー
ドチップの発熱量を半導体レーザの光出力によらず常に
一定になるようにし、これにより半導体レーザからの発
振周波数及び発光点位置等の安定化を図り光計測用光源
としての高精度な半導体レーザ駆動装置の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 半導体レーザの点灯時すなわらレーザ発振時（以下単に
点灯時と示す）の光量を所定値に設定させるドライブ回
路と該半導体レーザの発光デユーティに応じて消灯時の
バイアス電流を設定するバイアス電流設定回路と該半導
体レーザの発光量に応じて発光デユーティを設定する発
光デユーティ作成回路と該半導体レーザの点灯時に該ド
ライブ回路により決まる電流を、又該半導体レーザの消
灯時に、該バイアス電流設定回路により決まる電流を各
々該半導体レーザに流すレーザダイオードドライプロ路
とを利用し、該半導体レーザからの光出力（点灯及び消
灯の平均光量）を変化させたときのレーザダイオードチ
ップの温度の安定化を図ったことである。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例のブロック図である。同図
において１１は半導体レーザてありレーザダイオードチ
ップｌｌａと出力光モニタ用のホトダイオード、例えば
ＰＩＮホトダイオード１１ｂとを有している。１２は電
流電圧変換器であり出力光モニタ用のＰＩＮホトダイオ
ード１１ｂのモニタ電流を電圧に変換している。１３は
半導体レーザ１１のドライブ回路（ＡＰＣ回路）であり
、電流電圧変換器１２からの出力値を予め設定された設
定値と比較して半導体レーザ１１の点灯時のレーザダイ
オードチップｌｌａに流す電流を決めている。１４は発
光デユーティ作成回路であり、半導体レーザ１１の設定
光量に応じて点灯及び消灯のデユーティ信号を出してい
る。１５はバイアス電流設定回路であり発光デユーティ
作成回路１４からの半導体レーザの点灯及び消灯のデユ
ーティ信号によって半導体レーザｌ　、１の消灯時のバ
イアス電流値を決めている。

１６はレーザダイオードドライブ回路（ＬＤドライブ回
路）であり、発光デエーティ作成回路１４から半導体レ
ーザｔｉの点灯信号及び消灯信号を受けとると共に半導
体レーザ１１の点灯時にはＡＰＣ回路１３から信号を受
けとり、ＡＰＣ回路１３により決められた電流をレーザ
ダイオードチップｌｌａに流す、又半導体レーザ１１が
消灯時にはバイアス電流設定回路１５から信号を受けと
り、バイアス電流設定回路１５により決められた電流を
レーザダイオードチップｌｌａに流している。

次に第１図に示した各要素の具体例を示す。

第２図は第１図に示すＡＰＣ回路１３の一実施例の説明
図である。

同図において入力端子１３ａは電流電圧変換器１２から
の出力信号を受けている。設定電源１３ｂは半導体レー
ザの点灯時の光出力を設定する為の所定の設定電圧を有
している。比較器１３ｄは設定電源１３ｂから入力され
る設定電圧と入力端子１３ａから入力される電流電圧変
換器１２からの出力信号（電圧）とを比較し、その結果
を出力端子１３ｃより出力している。

第３図は第１図に示すバイアス電流設定回路１５の一実
施例の説明図である。

入力端子１５ａは発光デエーティ作成回路１４からの半
導体レーザの点灯及び消灯のデユーティ信号を例えばデ
ジタル信号として受けている。入力端子１５ａから入力
される該デジタル信号をリートオンリーメモリＲＯＭ　
１５　ｃに入力している。ＲＯＭ１５ｃは該デジタル信
号に対して１例えば第５図（Ａ）、（Ｂ）に示すように
点灯及び消灯の一周期のレーザダイオードチップｌｌａ
の電力損失（発熱）が行って井となるようにバイアス電
流が決まる信号を記憶している。そしてＲＯＭ　１５　
ｃからのデジタル出力信号をデジタル−アナログ変換器
１５ｄでアナログ電圧に変換して出力端子１５ｂより出
力している。

ｌｓ４図は第１図に示すレーザダイオードドライブ回路
１６の一実施例の説明図である。同図において入力端子
１６ａはＡＰＣ回１１＠１１３からの出力信号を受け、
入力端子ｔａｂはバイアス電流設定回路１５からの出力
信号を受け、入力端子１６ｃは発光デエーティ作成回路
１４からの出力信号を各々受けている。切換スイッチｌ
ｅａは入力端子１６ｃに入力される発光デニーティ作成
回路１４からの出力信号により半導体レーザ１１の灯点
時に入力端子１６ａを選択し、又消灯時に入力端子１６
ｂを選択している。レーザダイオードドライバ１６ｆは
レーザダイオードチップｌｌａを駆動させる信号を出力
端子１６ｄから送出している。

本実施例において半導体レーザ１１は一定の照射期間中
短周期で点灯と消灯を繰り返す、半導体レーザ１１の光
出力を可変にする場合には、半導体レーザの消灯及び点
灯の発光デユーティを制御して行う、このときの制御方
法を第１図に基いて説明する。

半導体レーザ１１の光量が設定された場合、まず発光デ
ユーティ作成回路１４により光量に応じた半導体レーザ
の発光デユーティを決定する。

ＬＤドライブ回路１６は半導体レーザｔｉが点灯時はＡ
ＰＣ回路１３により設定された発光光量でレーザダイオ
ードチップｌｌａを駆動させる。

又半導体レーザが消灯時はバイアス電流設定回路１５に
より設定されたレーザ発振しない程度の大きさのバイア
ス電流を半導体レーザに流す、このときの半導体レーザ
の点灯及び消灯のタイミングと発熱となるレーザダイオ
ードチップの電力損失との関係の一例を第５図（Ａ）に
示す。

次に半導体レーザの光出力を変化（例えば大きく）させ
る場合には、まず発光デユーティ作成回路１４により新
たに設定された光量に応じた発光デユーティを決定する
０例えば光量を大きくする場合は点灯時の時間を長くし
消灯時の時間を短かくする。そしてＬＤドライバ回路１
６により半導体レーザが点灯時はＡＰＣ回路１３で決ま
る定光出力でレーザダイオードチップｌｌａを駆動させ
る。又半導体レーザが消灯時はバイアス電流設定回路１
５により発光デユーティによらず、半導体レーザの発熱
量が一定となり、かっレーザ発振しない程度の大きさの
バイアス電流を半導体レーザに流している。

このときの半導体レーザの点灯及び消灯のタイミングと
レーザダイオードチップの電力損失との関係を第５図（
Ｂ）に示す。

第５図（Ａ）（Ｂ）を見てわかる様に、−周期の平均発
光光量はデユーティによって、変化する。しかしレーザ
ダイオードチップの一周期の電力損失（すなわち発熱）
は、変化しない様に制御される。

このように本実施例における半導体レーザ駆動装置によ
ればレーザダイオードチップの光出力を変化させても常
に一定の発熱量を得ることができる為、容易にレーザダ
イオードチップの温度を一定値に設定することができる
。

尚１本実施例において半導体レーザの発光デユーティに
より予め設定されているバイアス電流をレーザダイオー
ドチップに流し、これによりレーザダイオードチップの
発熱量を一定化する代わりに点灯及び消灯のデユーティ
とレーザダイオードの点灯時の光量の双方によりバイア
ス電流を決定するようにしても良い。

又１発光デユーティによフて予め設定されるバイアス電
流を決める代わりにレーザダイオードチップの温度によ
りバイアス電流を決めるようにしても良い。

１８１図に示す各構ｒｊｔ要素を実際の半導体レーザに
実装する場合には１例えば第６図に示す従来の半導体レ
ーザ駆！ＩＩ装置の構成と同様に実装すればレーザダイ
オードチップの発熱量が一定であるのでレーザダイオー
ドチップの温度を安定化できる。

第７図は本発明の第２実施例のブロック図である。同図
において第１図に示す要素と同一要素には同符号を付し
ている。

７３は半導体レーザ１１のドライブ回路（ＡＰＣ回路）
であり、電流電圧変換器１２からの出力値を外部から与
えられる設定値と比較して半導体レーザ１１の点灯時の
レーザダイオードチップ１１ａに流す電流を決めている
。７４は発光デユーティ作成回路であり、半導体レーザ
１１の点灯及び消灯の固定された周期の切り替え信号を
出している。７５はバイアス電流設定回路であり外部か
ら設定される光量によりて半導体レーザ１１の消灯時の
バイアス電流値を決めている。

７６はレーザダイオードドライブ回路（ＬＤヒドラ４回
路）てあり、発光デユーティ作成・回路７４から半導体
レーザ１１の点灯信号及び消灯信号を受けとると共に半
導体レーザ１１の点灯時にはＡＰＣ回路フ３から信号を
受けとり、ＡＰＣ回路フ３により決められた電流なレー
ザダイオードチップｌｌａに流す、又半導体レーザ１１
が消灯時にはバイアス電流設定回路７５から信号を受け
とり、バイアス電流設定回路７５により決められた電流
をレーザダイオードチップｌｌａに流している。

ｆｆ５８図は第７図に示すバイアス電流設定回路７５の
一実施例の説明図である。

入力端子８５ａは外部から設定される半導体レーザの設
定光量に対応した設定電圧を受けている。入力端子８５
ａから入力される設定電圧をアナログ−デジタル変換器
８５ｃでデジタル信号に変換し、該デジタル信号をリー
ドオンリーメモリＲＯＭ８５ｄに入力している。ＲＯＭ
８５ｄは該デジタル信号に対して、例えば第５図（Ａ）
、（Ｂ）に示すように点灯及び消灯の一周期のレーザダ
イオードチップｌｌａの電力損失（発熱）が一定となる
ようにバイアス電流が決まる信号を記憶している。そし
てＲＯＭ８５ｄからのデジタル出力信号をデジタル−ア
ナログ変換器８５ｅてアナログ電圧に変換して出力端子
８５ｂより出力している。

本実施例において半導体レーザ１１の光出力を可変にす
る場合には、まず半導体レーザなある決まった固定のデ
ユーティで消灯及び点灯の制御をし、このとき半導体レ
ーザが点灯時のみ発光量を外部から設定される電圧によ
りアナログ制御する。そして消灯時には半導体レーザを
レーザ発振開始電流以下の大きさのバイアス電流を流す
、このときの半導体レーザの点灯及び消灯のタイミング
と半導体レーザの発熱となるレーザダイオードチップｌ
ｌａの電力損失の一例は第５図（Ａ）に示す如くである
。

更に設定光量を変化させた場合１例えば大きくさせた場
合には新しく外部から設定された設定電圧によりＬＤド
ライブ回路７６は半導体レーザ１１が点灯時、ＡＰＣ回
路７３により新しく設定された光出力でレーザダイオー
ドチップｌｌａを駆動させる。又半導体レーザが消灯時
、バイアス電流設定回路７５により半導体レーザの点灯
時の光出力によらず半導体レーザの発熱量が点灯・消灯
の一周期て一定となり、かっレーザ発振しない程度の大
きさのバイアス電流を半導体レーザに流す、このときの
半導体レーザの点灯及び消灯のタイミングと発熱となる
レーザダイオードチップの電力損失との関係の一例は第
５図（Ｂ）に示す如くである。

このように本実施例における半導体レーザ駆動装置によ
ればレーザダイオードチップの光出力を変化させても点
灯・消灯の一周期で常に一定の発熱量を得ることができ
る為、周期が短かければ容易にレーザダイオードチップ
の温度を一定値に設定することができる。

尚本実施例において半導体レーザの点灯時の光量設定電
圧により予め設定されているバイアス電流をレーザダイ
オードチップに流し、これによりレーザダイオードチッ
プの発熱量を一定化する代わりに点灯及び消灯のデユー
ティとレーザダイオードの点灯時の光量設定電圧の双方
によりバイアス電流を決定するようにしても良い。

又光量設定電圧によって予め設定されるバイアス電流を
決める代わりにレーザダイオードチップの温度によりバ
イアス電流を決めるようにしても良い。

ｔ５７図に示す構成要素を実際の半導体レーザに実装す
る場合には２例えば第６図に示す従来の半導体レーザ駆
！ｌＩ装置の構成と同様に実装することによってレーザ
ダイオードチップの発熱量が一定であるので、レーザダ
イオードチップの温度を安定化できる。

（発明の効果） 本発明によればレーザダイオードチップの光出力（点灯
及び消灯の一周期平均光量）を変化させても常に一定の
発熱量を得ることができる為。

レーザダイオードチップの温度を容易に安定させること
ができ１発振周波数の安定化及び発光点位置の安定化等
を高精度に行うことができ、特に高富へ度化が要求され
る光計測用の発光源として好適な半導体レーザ駆！Ｉｌ
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のブロック図、第２図、第
３図、第４図は各々第１図に示したＡＰＣ回路、バイア
ス電流設定回路、レーザダイオードドライブ回路の一実
施例の説明図、第５図は本発明に係るレーザダイオード
チップの発熱量を示す説明図、第６図は従来の半導体レ
ーザ駆動装置の一実装例を示す説明図である。 第７図は本発明の第２実施例のブロック図、第８図は第
６図に示したバイアス電流設定回路の一実施例の説明図
１図φｉｔは半導体レーザ。 １１ａはレーザダイオードチップ、１１ｂはホトダイオ
ード、１２は電流電圧変換器、１３．７３はドライブ回
路、１４．７４は発光デユーティ作成回路、１５．７５
はバイアス電流設定回路。 １６．７６はレーザダイオードドライブ回路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザの点灯時の発光光量を所定値に設定
   させるドライブ回路と該半導体レーザの発光デューティ
   に応じて消灯時レーザ発振開始電流以下のバイアス電流
   を設定するバイアス電流設定回路と該半導体レーザの設
   定光量に応じて発光デューティを設定する発光デューテ
   ィ作成回路と該半導体レーザの点灯時に該ドライブ回路
   により決まるレーザ発振開始電流以上の電流を、又該半
   導体レーザの消灯時に、該バイアス電流設定回路により
   決まる電流を各々該半導体レーザに流すレーザダイオー
   ドドライブ回路とを利用し、該半導体レーザからの光出
   力を変化させたときのレーザダイオードチップの温度の
   安定化を図ったことを特徴とする半導体レーザ駆動装置
   。
2. （２）半導体レーザを点灯、消灯を一周期として複数周
   期繰り返させ、且つ点灯時には所定量発光させるよう発
   振させるための電流を前記半導体レーザに流し、消灯時
   にはレーザ発振させず且つ温度が各周期で一定になるよ
   う発熱させるための電流を前記半導体レーザに流すこと
   を特徴とする半導体レーザ駆動装置。
3. （３）半導体レーザの点灯時の発光光量を外部からの信
   号に基づいて所定値に設定させるドライブ回路と該半導
   体レーザの発光光量により該半導体レーザの消灯時レー
   ザ発振開始電流以下のバイアス電流を設定するバイアス
   電流設定回路と該半導体レーザの一定の発光デューティ
   を設定する発光デューティ作成回路と該発光デューティ
   作成回路からの信号に基づき該半導体レーザの点灯時に
   該ドライブ回路により決まるレーザ発振開始電流以上の
   電流を、又該半導体レーザの消灯時に、該バイアス電流
   設定回路により決まる電流を各々該半導体レーザに流す
   レーザダイオードドライブ回路とを利用し、該半導体レ
   ーザからの光出力を変化させたときのレーザダイオード
   チップの温度の安定化を図ったことを特徴とする半導体
   レーザ駆動装置。