JPH03232288A - 半導体レーザ駆動回路 - 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の駆動回路に関し、特に半導体レ
ーザの寿命検出技術に関する。

〔従来の技術〕

近年、高性能な半導体レーザが安価且つ大量に生産され
る様になってきている。かかる半導体レーザは種々の情
報機器の主要部品の１つとして広く用いられている。例
えば、コンパクトディスクプレーヤの情報読取り用ヘッ
ド、光デイスクメモリの情報読取り及び書込み用ヘッド
、ＰＯ８端末に内蔵されるバーコードリーダの読取りヘ
ッド、レーザビームポインタ、レーザビームプリンタの
印字ヘッド等におけるレーザビーム光源として使用され
ている。一般に、種々の情報機器のレーザビーム光源と
して用いる場合、自動光量制御回路が付加されており、
レーザビーム光量を一定に保つ様にサーボ制御が行なわ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、半導体レーザは時間の経過とともに徐々
に劣化し発光光量が低下していくという問題点があった
。例えば、レーザダイオードの場合には所定の順方向電
流を流しても、経時劣化により発光光量が徐々に低下し
ていくという問題がある。そして、自動光量制御回路が
正常に機能している間は、発光光量を一定となる様に制
御しているのでレーザダイオードの劣化とともに順方向
電流が増大していく。そして、自動光量制御回路がもは
や正常に動作しない領域に達した時、レーザダイオード
の光量は極端に減少し異常状態となり、予期せず機器が
使用不能になるという問題点があった。

上述した従来の問題点に鑑み、本発明は半導体レーザの
経時劣化により自動光量制御回路が正常動作できなくな
る前に、半導体レーザの交換時期が近い事を警告する機
能を提供する事を目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上述した目的を達成する為に、本発明にかかる半導体レ
ーザ駆動回路は第１図に示す基本的構成を有する。図示
する様に、半導体レーザ駆動回路はレーザパッケージ１
を有する。レーザパッケージ１には点灯信号に応答して
駆動電流によりレーザビームを放射する半導体レーザ例
えばレーザダイオード１ａと、放射されたレーザビーム
を受光する受光素子例えばフォトダイオード１ｂが内蔵
されている。モニタ回路１０１がフォトダイオード１ｂ
に接続されており、レーザビーム光量の変動に応じたモ
ニタ信号を出力する。モニタ回路１０１には制御回路１
０２が接続されており、モニタ信号と所定の基準信号を
比較し両者の差分に応じた出力信号を出力する。制御回
路１０２には電流回路１０３が接続されており、出力信
号に応じてモニタ信号と基準信号の差分を打消す様に駆
動電流をレーザダイオード１ａに供給する。これらレー
ザパッケージ１、モニタ回路１０１、制御回路１０２及
び電流回路１０３はサーボループからなる自動光量制御
機構を構成している。さらに、モニタ回路１０１には寿
命検出回路１０４が接続されており、点灯信号ＬＤＯＮ
に応答してモニタ信号の立上り時間を検出しその遅延量
に応じて警告信号を出力する。寿命検出回路１０４には
表示回路１０５が接続されており、警告信号に応じてレ
ーザダイオード１ａの劣化状態を表示する。

好ましくは該寿命検出回路は点灯信号印加タイミングに
対するモニタ信号の立上り時間の遅延量を多段的に測定
する為複数の遅延回路を具備している。

さらに好ましくは該寿命検出回路は、基準信号の有する
基準電圧より小さく設定された参照電圧に対してモニタ
信号の有するモニタ電圧が上回った時点に基いてモニタ
信号の立上り時間を検出する比較回路を備えている。

〔作　　用〕

レーザダイオードの経時劣化が進むにつれて、所定の発
光光量を維持する為に、より大きな順方向電流が必要と
なってくる。それゆえ、点灯信号に応答して、自動光量
制御機構が動作を開始してからレーザダイオードの発光
光量を所定レベルまで立上げるまでにより長い時間がか
かる。従って、発光光量に対応するモニタ信号の立上り
時間も長くなる。即ち、モニタ信号の立上り時間はレー
ザダイオードの劣化の進行程度あるいは残存寿命を表わ
すパラメータとなっている。そこで、本発明はモニタ信
号の立上り時間の遅延量を監視する事により警告信号を
発しレーザダイオードの交換時期が近づいている事を示
す様にしている。

〔実　施　例〕

以下図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。第２図は本発明にかかる半導体レーザ駆動回路
の詳細回路図である。図示する様に、半導体レーザ駆動
回路はレーザパッケージ１を有する。レーザパッケージ
１にはレーザダイオード１ａとフォトダイオード１ｂが
互いに近接して収納されている。レーザダイオード１ａ
のアノード端子は電源電圧Ｖ　が印加されている電源Ｃ ラインに接続されており、フォトダイオード１ｂのカソ
ード端子も電源ラインに接続されている。

レーザダイオード１ａは点灯信号ＬＤＯＮに応答して駆
動電流によりレーザビームを放射するとともに、フォト
ダイオード１ｂは放射されたレーザビームを受光しレー
ザビーム光量に応じたフォト電流を出力する。

半導体レーザ駆動回路はさらに、モニタ回路、制御回路
及び電流回路を具備しており、レーザパッケージ１とと
もにサーボループからなる自動光量制御機構を構成し、
定常状態においてレーザビーム光量を一定に保持する様
機能する。モニタ回路は電流電圧変換抵抗２と差動増幅
器３とから構成されている。電流電圧変換抵抗２の一端
はフォトダイオード１ｂのアノード端子に接続されてお
り、他端は接地されている。又差動増幅器３の正入力端
子は電流電圧変換抵抗２の一端に接続されており、負入
力端子及び出力端子は互いに結線されている。かかる構
成により、フォト電流はモニタ電圧Ｖ　　を有するモニ
タ信号に変換されｎｔ て差動増幅器３の出力端子に現われる。

制御回路は積分抵抗４、差動増幅器５、積分コンデンサ
６及びアナログスイッチ７等から構成されている。積分
抵抗４は差動増幅器３の出力端子と差動増幅器５の負入
力端子の間に接続されている。又差動増幅器５の正入力
端子には所定の基準電圧ｖｒｅｆを有する基準信号が印
加されている。

又、積分コンデンサ６は差動増幅器５の負入力端子と出
力端子の間に接続されている。さらに、アナログスイッ
チ７は積分コンデンサ６に並列に接続されており、点灯
信号ＬＤＯＮに従ってその開閉が制御される。かかる構
成により、アナログスイッチ７が開かれた状態で制御回
路は動作を行ない、モニタ電圧Ｖ　　と基準電圧ｖｒｅ
「の差分にｎｔ 応じた出力電圧Ｖ。ｕｔを有する出力信号が差動増幅器
５の出力端子に現われる。

電流回路は直列接続された一対の分圧抵抗８及び９、駆
動トランジスタ１０及び電圧電流変換抵抗１１等から構
成されている。一方の分圧抵抗８の一端は差動増幅器５
の出力端子に接続されており、他端は駆動トランジスタ
１０のベース端子に接続されている。他方の分圧抵抗９
はその一端が駆動トランジスタｌＯのベース端子に接続
されており、他端は接地されている。駆動トランジスタ
１０のコレタフ端子はレーザダイオード１ａのカソード
端子に接続されており、エミッタ端子は電圧電流変換抵
抗１１を介して接地されている。かかる構成により、電
流回路は出力型、圧Ｖ。ｕｔに応じてモニタ電圧Ｖ　　
と基準電圧■、８．の差分を打消す様に駆ｎｔ 動電流即ち順方向電流をレーザダイオード１ａに供給す
る。

半導体レーザ駆動回路はさらに寿命検出回路を有してい
る。この寿命検出回路は、コンパレータ２５．３個の直
列接続された分圧抵抗２６．２７及び２８、インバータ
５８．２個の遅延回路５９及び６０、及び２個のＤフリ
ップフロップ６１及び６２から構成されている。３個の
分圧抵抗２６．２７及び２８は電源ラインと接地ライン
の間に直列接続されている。中央の分圧抵抗２７の上端
には基準電圧ｖｒｅｆ’が設定されており、前述した様
に差動増幅器５の正入力端子に印加されている。又中央
の分圧抵抗２７の下端には参照電圧Ｖ　　が設定されて
いる。図から明らＣ■ｐ かな様に、この参照電圧Ｖ　　は基準電圧ＶｒｅｆＩｌ
ｐ よりも低く設定されている。コンパレータ２５の正入力
端子にはモニタ電圧か印加されており、負入力端子には
参照電圧Ｖ　　が印加されている。

ｌｐ かかる構成により、モニタ電圧■ｌｎｔが参照電圧Ｖ　
　を越えた時、コンパレータ２５は反転信号をＩｐ 出力しモニタ電圧の立上り時間を検出している。

第一遅延回路５９はインバータ５８を介して点灯信号Ｌ
ＤＯＮを受は入れる様になっており、点灯信号ＬＤＯＮ
の立下りに応答して予め設定された遅延時間例えば４０
０μｓの後に第一遅延信号を出力する。

第二遅延回路６０は第一遅延回路５９に接続されており
、第一遅延信号の出力に応答して予め設定された遅延時
間例えば５０μｓ経過した後に第二遅延信号を出力する
。第一のＤフリップフロップ６２のＣＬＫ入力端子には
第一遅延信号が供給され、Ｄ入力端子には反転信号が供
給される。この結果、第一遅延信号が人力された後反転
信号が人力された場合にはＱ出力端子に第一警告信号が
出力される。第二のＤフリップフロップ６１のＣＬＫ入
力端子には第二遅延信号が供給されており、Ｄ入力端子
には反転信号が供給されている。この結果、第二遅延信
号が入力された後反転信号が入力された場合にはＱ出力
端子に第二警告信号が出力される。

最後に、半導体レーザ駆動回路は表示回路を有している
。表示回路は、発振回路５１、分周回路５２．３個のア
ンドゲート５３．５４及び５５、発光ダイオード５６及
び抵抗５７とから構成されている。三入力アンドゲート
５４の入力端子には分周回路５２、第一のＤフリップフ
ロップ６２のＱ出力端子及び第二のＤフリップフロップ
６１のＱ出力端子が夫々接続されている。又二人カアン
ドゲート５３の入力端子には発振回路５１及び第二のＤ
フリップフロシブ６１のＱ出力端子が接続されている。

三人カアンドゲート５５の入力端子にはコンパレータ２
５の出力端子、アンドゲート５３の反転出力端子及びア
ンドゲート５４の反転出力端子が各々接続されている。

発光ダイオード５Ｂのアノード端子は電源ラインに接続
されており、カソード端子は抵抗５７を介してアンドゲ
ート５５の反転出力端子に接続されている。発振回路５
１は所定の周波数例えば２Ｈｚを有する表示信号を出力
し、分周回路５２はこの２Ｈｚの表示信号を分周し、例
えばＩＨｚの表示信号を出力する。

次に第２図に示した半導体レーザ駆動回路の動作を詳細
に説明する。まず、自動光量制御機構の動作を説明する
。レーザダイオード１ａを発光させる時、点灯信号ＬＤ
ＯＮは高レベルから低レベルに切換えられ、アナログス
イッチ７が非導通状態となっている。これにより制御回
路及び電流回路が動作を行ない順方向電流をレーザダイ
オード１ａに供給する。レーザダイオード１ａが発光し
ていると、その発光光量に比例したフォト電流がフォト
ダイオード１ｂに発生する。フォト電流は電流電圧変換
抵抗２により電圧に変換され、差動増幅器３でインピー
ダンスを変換された後モニタ電圧Ｖ　　として差動増幅
器３の出力端子に現わ■ｎす れる。積分抵抗４、差動増幅器５及び積分コンデンサ６
により積分器が形成されており、差動増幅器５の正入力
端子に印加されている基準電圧ｖｒｅｆとモニタ電圧”
　ｓｎＬの差分に応じて積分コンデンサ６が充放電され
、差動増幅器５の出力電圧Ｖ　　が決まる。この出力電
圧Ｖ。ｕｔを一対ｕｔ の分圧抵抗８及びっで分圧し、駆動トランジスタ１０及
び電圧電流変換抵抗１１により電流変換を行ない順方向
電流をレーザダイオード１ａに供給して駆動を行なって
いる。この順方向電流はモニタ電圧と基準電圧の差分を
打消す様に供給されるので、定常状態においてはモニタ
電圧ｖａｎｔと基準電圧ｖｒｅｆは等しくなり、周囲温
度の変化及びレーザダイオードの多少の劣化にかかわら
ず、一定の発光光量が保持される。又、点灯信号ＬＤＯ
Ｎを低レベルから高レベルに復帰させると、アナログス
イッチ７は導通状態になり、積分コンデンサ６に蓄積さ
れていた電荷が放電され出力電圧Ｖ。ｕｔは基準電圧■
ｒｅｒと等しくなる。この等しくなった出力電圧Ｖ　　
を一対の分圧抵抗８及び９で分圧ｕｔ すると、駆動トランジスタ１０が導通しない状態になる
様に分圧抵抗比が設定されているので順方向電流は供給
されなくなりレーザダイオード１ａは消灯される。

次に第３図に示す半導体レーザ駆動回路の寿命検出動作
タイミングチャートに従って、寿命検出動作を説明する
。点灯信号ＬＤＯＮを高レベルから低レベルに切換えて
レーザダイオード１ａを点灯させると、自動光量制御機
構の作用により、積分コンデンサ６を充電しながら、発
光光量が徐々に増加し定常状態に至る。従って、発光光
量に対応するモニタ電圧Ｖ　　も点灯信号ＬＤＯＮの反
■ｎｔ 転とともに立上り始め基準電圧ｖｒ８ｃのレベルに到達
する。レーザダイオード１ａは経時劣化が進行すると発
光効率が低下する為、自動光量制御機構の作用により発
光効率低下を補う為に順方向電流の供給が増加する。そ
れゆえ、積分コンデンサ６の充電電荷量も増し、モニタ
電圧ｖ、ｏｔの立上り時間が長くなる。レーザダイオー
ドの劣化がないかあるいは軽微である場合にはモニタ電
圧の立上り曲線Ｎは比較的急峻である。劣化がある程度
進行した時点におけるモニタ電圧の立上り曲線Ｄ１はな
だらかとなっており、劣化が著しく進行した時点におけ
るモニタ電圧の立上り曲線ｐ２はさらになだらかとなっ
ている。そして、劣化故障に至った時点におけるモニタ
電圧の立上り曲線Ａはもはや自動光量制御機構が正常に
動作しないので、基準電圧レベルｖｒｅｆ’より低めに
設定された参照電圧レベルＶ　　に至ることがない。コ
ンｌｐ パレータ２５は参照電圧レベルＶ　　をモニタ電圧Ｉｐ ■　　の立上り曲線が越えた時点でその出力であａｎす る反転信号が低レベルから高レベルに反転する。

図から明らかな様に、反転信号の反転タイミングはレー
ザダイオードの劣化が進行するに従い遅延してくること
がわかる。そして、劣化故障に至った時点においては反
転信号はもはや反転しないで低レベルに保持されたまま
である。この様にして、コンパレータ２５により検出さ
れたモニタ電圧の立上り時間は一対のＤフリップフロッ
プ６１及び６２により計測される。即ち、点灯信号ＬＤ
ＯＮが低レベルに反転してから４００μｓの遅延時間を
有する第一遅延信号がＤフリップフロップ６２のＣＬＫ
入力端子に入力された後、反転信号Ｄ１が入力されれば
第一警告信号が発せられる。即ち、この第一警告信号は
レーザダイオードの劣化がある程度進行している状態を
示している。又、第二のＤフリップフロップ６１は第一
遅延信号よりもさらに遅延された第二遅延信号がＣＬＫ
入力端子に入力された後反転信号を受は入れる様になっ
ている。従って、第二のＤフリップフロップ６１は反転
信号Ｄ２を記憶し、第二警告信号を出力する。即ちこの
第二警告信号はレーザダイオードの劣化が著しく進行し
た状態を表わしている。

第一警告信号が入力されると、アンドゲート５４が開か
れＩＨｚの周波数を有する表示信号がアンドゲート５５
を介して発光ダイオード５６に供給される。

この結果、発光ダイオード５６はＩＨｚの周波数で点滅
する。次に、第二警告信号が出力されると、アンドゲー
ト５３が開き２Ｈｚの周波数を有する表示信号がアンド
ゲート５５を介して発光ダイオード５６に供給される。

この結果、発光ダイオード５６は２Ｈｚで点滅する様に
なり、レーザダイオードの寿命末期であることを警告す
る。なお、モニタ電圧■　　が参照電圧レベル■　　に
至らない場合にａｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　
　　ｃＩｉｐは、反転信号は反転しないのでアンドゲー
ト５５は閉鎖され発光ダイオード５６は消灯する。即ち
、レーザダイオードは使用不能となった事を示している
。以上の説明から明らかな様に、表示回路は発光ダイオ
ード５６が点滅を始めるとレーザダイオードの交換時期
である事を示し、その点滅周波数が早くなるとレーザダ
イオードが使用不能になる直前である事を示している。

第４図は本発明にかかる半導体レーザ駆動回路を内蔵し
たレーザ光源を有するバーコードリーダの模式的断面図
であり、本発明の一応用例を示している。図示する様に
バーコードリーダはケーシング３１を有しており、その
中にはレーザ光源３２が内蔵されている。このレーザ光
源３２は自動光量制御機構の他に寿命検出回路を備えて
いる。レーザ光源３２から放射されたレーザビームはス
キャンモータ３３により回転されているポリゴンミラー
３４により走査的に反射され、反射ミラー３５を介して
物品の表面に付されているバーコード３Ｂを照射する。

バーコード３６を照射した光は反射ミラー３５及びポリ
ゴンミラー３４を介して逆進され集光レンズ３７により
集光された後反射ミラー３８を介して受光センサ３９に
より受光される。受光された光の強度分布を解析する事
によりバーコード３Ｂを読取る事ができる。この様な読
取り動作を長期間に渡って行なうと、レーザ光源３２に
内蔵されているレーザダイオードの劣化が進行する。劣
化の進行に応じて、警告信号が出力されるので、オペレ
ータはレーザダイオードの交換時期が近づいている事が
わかる。それゆえ、実際に劣化異常によりバーコードリ
ーダが使用不能となる前に、レーザダイオードの部品交
換を行なう事が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、レーザダイオード
が寿命の経過により実際に劣化異常を起こし使用不能と
なる前に、警告信号が発せられるので、レーザダイオー
ドを光源として使用する種々の機器の保守が遅滞なく行
なえるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザ駆動回路の構成ブロック図、第２
図は半導体レーザ駆動回路の詳細回路図、第３図は半導
体レーザ駆動回路の寿命検出動作タイミングチャート、
及び第４図は半導体レーザ駆動回路を内蔵するバーコー
ドリーダの模式的断面図である。 １・・・レーザパッケージ １ａ・・・レーザダイオード １ｂ・・・フォトダイオード ２・・・電流電圧変換抵抗　　３・・・差動増幅器４・
・・積分抵抗　　　　　　５・・・差動増幅器６・・・
積分コンデンサ ７・・・アナログスイッチ １０・・・駆動トランジスタ　　２５・・・フンパレー
タ２Ｂ、　２７及び２８・・・分圧抵抗 ５Ｉ・・・発振回路　　　　　　５２・・・分周回路５
３、５４及び５５・・・アンドゲート５Ｂ・・・発光ダ
イオード　　　５９・・・第一遅延回路６０・・・第二
遅延回路 ６１及び６２・・・Ｄフリップフロップ１０１・・・モ
ニタ回路　　　　１０２・・・制御回路１０３・・・電
流回路　　　　　１０４・・・寿命検出回路１０５・・
・表示回路 出　願　人　　株式会社　コ　パ　ル（外１名）半導体
レーザ駆動回路の構成ブロック図第１図 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、点灯信号に応答して駆動電流によりレーザビームを
   放射する半導体レーザと、放射されたレーザビームを受
   光する受光素子と、受光素子に接続しレーザビーム光量
   の変動に応じたモニタ信号を出力するモニタ回路と、モ
   ニタ信号と所定の基準信号を比較し差分に応じた出力信
   号を出力する制御回路と、出力信号に応じて差分を打消
   す様に駆動電流を半導体レーザに供給する電流回路と、
   点灯信号に応答してモニタ信号の立上り時間を検出しそ
   の遅延量に応じて警告信号を出力する寿命検出回路と、
   警告信号に応じて半導体レーザの劣化状態を表示する表
   示回路とからなる半導体レーザ駆動回路。 ２、該寿命検出回路は遅延量を多段的に測定する為複数
   の遅延回路を有する請求項１に記載の半導体レーザ駆動
   回路。 ３、該寿命検出回路は、基準信号の有する基準電圧より
   小さく設定された参照電圧に対してモニタ信号の有する
   モニタ電圧が上回った時点に基いてモニタ信号の立上り
   時間を検出する比較回路を有する請求項１に記載の半導
   体レーザ駆動回路。