JPH05110175A - 半導体レーザ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ制御装置に関し、半導体レーザ
に生じた異常を確実に検出して安全性および信頼性の向
上を図ることを目的とする。 【構成】 前面と後面にレーザ光を放射する半導体レー
ザ１と、後面から放射されたレーザ光を光電変換する第
１の受光素子２と、該第１の受光素子２の出力をモニタ
する第１のモニタ部３と、該第１のモニタ部３の出力が
所定の範囲にあるか否かを検出する第１の検出部４と、
前面から放射されたレーザ光を分割する分割部５と、分
割された一方のレーザ光を光電変換する第２の受光素子
６と、該第２の受光素子６の出力をモニタする第２のモ
ニタ部７と、該第２のモニタ部７の出力を基準信号と比
較しその差分に応じた制御信号を出力する制御部８と、
該制御信号に従ってその差分を打ち消すように半導体レ
ーザ１に電力を供給する電力供給部９を備えるように構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ制御装置に
係り、特に半導体レーザの故障や劣化に起因する異常を
検出する半導体レーザ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオードは種々の情報機器のヘ
ッド部分として広く用いられており、たとえば、ＰＯＳ
端末のバーコードリーダの読出しヘッド、コンパクトデ
ィスクプレーヤの読出しヘッド、光ディスクメモリの読
出し書込みヘッドあるいはレーザビームプリンタの印字
ヘッド等の光源として使用される。

【０００３】レーザダイオードは、図４に示すようにｐ
ｎ接合を含む半導体チップ13からなり、電源電圧＋Ｖ_CC
を印加して駆動電流を供給することにより前面と後面の
両面からレーザ光を放射する。そして、いずれか一方の
面から放射されたレーザ光を外部に取り出して光源とし
て利用するものである。その際、レーザ光の光量を予め
定めた所定の範囲に制御する必要がある。所定の範囲か
らはずれると情報機器が正常に動作しないのみならず、
所定量以上のレーザ光は人体に対して有害な作用を及ぼ
す恐れがあるためである。

【０００４】そこで従来は、レーザダイオードの前面あ
るいは後面のいずれか一方、たとえば、前面から放射さ
れるレーザ光を光源として用いるとともに後面から放射
されるレーザ光をモニタし、モニタされたレーザ光量が
所定の範囲内に収まるように駆動電流を制御する自動光
量制御機構を備えていた。そして、レーザダイオードに
異常が生じて自動光量制御機構ではレーザ光量を所定範
囲内に収めることができなくなったときに駆動電流の供
給を停止しあるいは警報を発してオペレータに知らせる
ようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レーザダイオードに異
常が生じたことによるレーサ光量の変化は、情報機器の
動作不良を招くのみならず人体にも危険を及ぼす恐れが
あるため、その対策には万全を期する必要がある。従来
は、レーザダイオードの後面から放射されたレーザ光を
モニタすることによって間接的に前面から放射されるレ
ーザ光量を所定の範囲内に制御していた。通常は前面お
よび後面から放射されるレーザ光量は一定の相関を以て
変化するため上述の方法によって前面から放射されるレ
ーザ光量の制御が可能である。

【０００６】しかしながら、レーザダイオードの前面あ
るいは後面のいずれか一方にダメージが生じた場合には
上記相関が変化する可能性がある。たとえば、半導体チ
ップの前面にのみ傷が生じて前面から放射されるレーザ
光量が低下した場合、後面から放射されるレーザ光をモ
ニタするのみではその異常を検出できず、そのため、前
面から放射されるレーザ光を光源として用いる情報機器
の動作不良を見逃すこととなる。また、後面にのみダメ
ージが生じて後面から放射されるレーザ光量が低下した
場合、自動光量制御機構はレーザ光量を増加させるよう
に動作するため前面から放射されるレーザ光量は必要以
上に増加することとなり安全上の問題が生じる。

【０００７】さらに、従来は、レーザ光量の制御を自動
光量制御機構のみで行なっていたため、自動光量制御機
構そのものに故障が生じたときにはレーザ光量の制御は
不可能となる。

【０００８】また、従来は、レーザ光量が所定範囲から
はずれたときに駆動電流の供給を停止しあるいは警報を
発するようにしていた。そのため、たとえば、レーザダ
イオードを光源とするバーコードリーダを店舗等で使用
中、なんらの予告なしに突然バーコードリーダが使用不
能となり取引きに支障が生じる恐れもあった。

【０００９】そこで本発明は、半導体レーザに生じた異
常を確実に検出して安全性および信頼性の向上を図るこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、前面
と後面にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、後面か
ら放射されたレーザ光を光電変換する第１の受光素子２
と、該第１の受光素子２の出力をモニタする第１のモニ
タ部３と、該第１のモニタ部３の出力が所定の範囲内に
あるか否かを検出しその結果に基づいて第１の異常信号
を出力する第１の検出部４と、前面から放射されたレー
ザ光を分割する分割部５と、分割された一方のレーザ光
を光電変換する第２の受光素子６と、該第２の受光素子
６の出力をモニタする第２のモニタ部７と、該第２のモ
ニタ部７の出力を基準信号と比較しその差分に応じた制
御信号を出力する制御部８と、該制御信号に従ってその
差分を打ち消すように半導体レーザ１に電力を供給する
電力供給部９を備えたことを特徴とする半導体レーザ制
御装置、あるいは、上記半導体レーザ制御装置におい
て、第２のモニタ部７の出力が所定の範囲内にあるか否
かを検出しその結果に基づいて第２の異常信号を出力す
る第２の検出部10を備えたことを特徴とする半導体レー
ザ制御装置によって達成される。

【００１１】

【作用】図１は本発明の原理説明図であり、１は半導体
レーザ、２は第１の受光素子、３は第１のモニタ部、４
は第１の検出部、５は分割部、６は第２の受光素子、７
は第２のモニタ部、８は制御部、９は電力供給部、10は
第２の検出部である。

【００１２】半導体レーザ１の前面から放射されたレー
ザ光は分割部５で分割される。分割されたレーザ光の一
方は外部へ取り出されて情報機器の光源として用いられ
る。そして、分割された他方のレーザ光を第２の受光素
子６を介して第２のモニタ部７でモニタし、半導体レー
ザ１に供給される電力を制御するようにしている。ま
た、半導体レーザ１の後面から放射されたレーザ光を第
１の受光素子を介して第１のモニタ部３でモニタし、異
常があるか否かを検出するようにしている。

【００１３】上記構成によれば、前面から放射されて外
部へ取り出されるレーザ光を直接制御している。従っ
て、後面から放射されたレーザ光を制御することにより
間接的に前面から放射されたレーザ光を制御する従来の
方法に比べて制御の信頼性が高い。また、前面から放射
されるレーザ光が所定の範囲内に制御されている場合で
あっても、後面から放射されたレーザ光に異常が生じた
ときには、これを第１の検出部４で検出することができ
るので、前面から放射されたレーザ光に異常が生じる前
にオペレータに警告表示して半導体レーザの交換等の処
置をとることが可能となり、従来に比べて安全性が高
い。

【００１４】また、上記構成に加えて、第２の検出部10
を設けることにより、前面および後面のいずれから放射
されたレーザ光の異常をも検出することが可能となり、
オペレータへの警告表示や半導体レーザの消灯等の処置
をとることができるので、安全性はさらに高くなる。

【００１５】

【実施例】以下、レーザダイオードを光源とするバーコ
ードリーダに本発明を適用した例について述べる。

【００１６】図２は本発明の実施例を示す回路図であ
る。レーザダイオードパッケージ20には、前面と後面に
レーザ光を放射するレーザダイオード21と、このレーザ
ダイオード21の後面から放射されたレーザ光を光電変換
するフォトダイオード22が内蔵されている。レーザダイ
オードパッケージ20の前面にはスリット23が設けられて
おり、レーザダイオード21の前面から放射されたレーザ
光はこのスリット23を通して取り出され、レンズ24で絞
られた後ハーフミラー25で分割される。分割されたレー
ザ光の一方はポリゴンミラー26で反射されて物体28に入
射する。そして、ポリゴンミラー26をモータ27で回転さ
せることにより反射光を走査し、物体28に印刷されたバ
ーコード（図示せず）を読み取る。ハーフミラー25で分
割された他方のレーザ光はフォトダイオード29によって
光電変換される。ハーフミラー25はレンズ24の前後いず
れの位置に設置してもよい。

【００１７】第２のモニタ部は、抵抗40と差動増幅器30
で構成されている。抵抗40の一端はフォトダイオード29
に接続され、他端は接地されている。差動増幅器30の正
入力端子には抵抗40の一端が接続され、差動増幅器30の
負入力端子と出力端子は互いに結線されている。以上の
構成により、抵抗40に流れるフォトダイオード29の電流
が電圧に変換されてモニタ電圧となり、差動増幅器30の
出力端子に出力される。このモニタ電圧はレーザダイオ
ード21の前面から放射されたレーザ光の光量の変動に応
じた値となっている。

【００１８】制御部は、差動増幅器31とコンデンサ60と
抵抗41から構成されている。抵抗41は前段の差動増幅器
30の出力端子と後段の差動増幅器31の負入力端子の間に
接続されている。また、差動増幅器31の正入力端子には
所定の基準電圧Ｖ_r が入力されている。基準電圧Ｖ_r は
電源電圧Ｖ_ccを抵抗48、49、50、51で分圧して得ること
ができる。本実施例では、抵抗50の上端に表れる電圧を
基準電圧Ｖ_r として用いている。コンデンサ60は差動増
幅器31の負入力端子と出力端子の間に結線されている。
以上の構成により差動増幅器31の出力端子には、基準電
圧Ｖ_r とモニタ電圧の差分に応じた電圧レベルを有する
制御電圧が出力されることになる。

【００１９】電力供給部は、抵抗42、43、44と駆動トラ
ンジスタ90で構成されている。差動増幅器31から出力さ
れた制御電圧は抵抗42、43で分割されて駆動トランジス
タ90のベース端子に入力される。駆動トランジスタ90の
コレクタ端子はレーザダイオード21に接続され、エミッ
タ端子は抵抗44を介して接地されている。以上の構成に
より、駆動トランジスタ90は制御電圧に従ってモニタ電
圧と基準電圧Ｖ_r との差分を打ち消すようにレーザダイ
オード21に駆動電流を供給する。即ち、モニタ電圧が基
準電圧Ｖ_r より大きくなったときには制御電圧が減少
し、その結果、駆動トランジスタ90のコレクタ電流が減
少してレーザダイオード21の駆動電流を減少させ、逆
に、モニタ電圧が基準電圧Ｖ_r より小さくなったときに
は制御電圧が増加し、その結果、駆動トランジスタ90の
コレクタ電流が増加してレーザダイオード21の駆動電流
を増加させる。

【００２０】第１のモニタ部は、差動増幅器33と抵抗46
によって構成されている。その動作は前述の第２のモニ
タ部と同一であり、差動増幅器33の出力端子に表れるモ
ニタ電圧はレーザダイオード21の後面から放射されたレ
ーザ光の光量の変動に応じた値となっている。

【００２１】第１の検出部は、抵抗47、コンパレータ6
3、64およびＯＲゲート71で構成される。差動増幅器33
の出力端子に表れるモニタ電圧は抵抗47を介してコンパ
レータ63の正入力端子およびコンパレータ64の負入力端
子に接続される。そして、コンパレータ63の負入力端子
には基準上限電圧Ｖ_u 、コンパレータ64の正入力端子に
は基準下限電圧Ｖ_l が入力される。基準上限電圧Ｖ_u と
基準下限電圧Ｖ_l は、前述した基準電圧Ｖ_r と同様に電
源電圧Ｖ_ccを抵抗48、49、50、51で分圧して得ることが
できる。本実施例では、抵抗48の下端に表れる電圧を基
準上限電圧Ｖ_u とし、抵抗50の下端に表れる電圧を基準
下限電圧Ｖ_l として用いる。各電圧レベルは抵抗48、4
9、50、51の抵抗値を適当な値に選ぶことによって設定
することができ、通常は、基準電圧Ｖ_r と基準上限電圧
Ｖ_u との差および基準電圧Ｖ_r と基準下限電圧Ｖ_l との
差を１０％程度に設定する。

【００２２】コンパレータ63、64は、正入力端子と負入
力端子に入力される電圧差が所定の値以上となったとき
に“１”を出力しＯＲゲート71へ送出する。従って、差
動増幅器33の出力端子に表れるモニタ電圧が基準上限電
圧Ｖ_u 以上になった場合、あるいは基準下限電圧Ｖ_l 以
下になったときにＯＲゲート71の出力が“１”となる。
即ち、差動増幅器33の出力端子に表れるモニタ電圧が基
準上限電圧Ｖ_u と基準下限電圧Ｖ_l で定まる所定の範囲
内にあるか否かをＯＲゲート71の出力によって知ること
ができる。ＯＲゲート71の出力は、バーコードリーダの
ＣＰＵ（図示せず）に送られる。

【００２３】ＣＰＵでは、ＯＲゲート71の出力が“１”
となったとき、レーザダイオード21に異常が生じた旨を
警告表示し、半導体レーザの交換等の処置をオペレータ
に促すことができる。これは、レーザダイオード21の後
面から放射されるレーザ光に異常が生じた場合であって
も、レーザダイオード21の前面から放射されるレーザ光
に異常が生じない限り安全上問題がないため、単に、レ
ーザダイオード21の後面から放射されたレーザ光に異常
が生じたことをオペレータに警告するに留めたものであ
り、店先等でバーコード読み取り装置を使用中であって
直ちに装置使用を中止できない場合に便利である。

【００２４】また、差動増幅器31の負入力端子と出力端
子の間にアナログスイッチ80を設けておき、ＯＲゲート
71の出力をＣＰＵで監視してＯＲゲート71の出力が
“１”となったときに、アナログスイッチ80をオン状態
にしレーザダイオード21に対する駆動電流の供給を停止
させることもできる。即ち、アナログスイッチ80がオン
状態になると、基準電圧Ｖ_r が抵抗42と43で分圧されて
駆動トランジスタ90のベース端子に印加され、その結
果、駆動トランジスタ90はオフ状態となりコレクタ電流
が減少してレーザダイオード21に対する駆動電流の供給
が停止される。これは、レーザダイオード21の後面から
放射されるレーザ光に異常が生じたとき、前面から放射
されるレーザ光が正常であっても安全のためレーザダイ
オード21に対する駆動電流の供給を停止するようにした
ものである。

【００２５】以上のように第１の実施例では、レーザダ
イオード21の前面から放射されるレーザ光をモニタして
レーザ光量を制御するとともに、後面から放射されるレ
ーザ光に異常があるか否かを検出し、異常があった場合
に警告あるいは半導体レーザの消灯を行うことができ
る。

【００２６】図３は本発明の他の実施例を示す回路図で
あり、図２と同一機能を有するものには同一番号を付し
た。この実施例では、図２に示した回路に第２の検出部
を追加したものである。第２の検出部は、抵抗45、コン
パレータ61、62、ＯＲゲート70から成り、前述した第１
の検出部と同様な動作を行なう。即ち、差動増幅器32の
出力端子に表れたモニタ電圧が抵抗45を介してコンパレ
ータ61、62に入力され、コンパレータ61、62の出力はＯ
Ｒゲート70に接続されているので、上記モニタ電圧が前
述の所定の範囲内にあればＯＲゲート70は“１”を出力
することとなる。従って、レーザダイオード21の前面お
よび後面のいずれから放射されるレーザ光に異常が生じ
た場合にも、ＣＰＵでＯＲゲート70、71の出力を監視す
ることによってこれを知り、前述した警告あるいは消灯
等の処置をとることができる。

【００２７】たとえば、同図に示したように、ＯＲゲー
ト70、71の出力をＯＲゲート72に接続し、ＯＲゲート72
の出力をＣＰＵで監視してアナログスイッチ80を制御す
る。そして、ＯＲゲート72の出力が“１”になったとき
アナログスイッチ80をオフ状態にすれば、レーザダイオ
ード21の前面および後面のいずれから放射されるレーザ
光に異常が生じた場合にもレーザダイオード21に対する
駆動電流の供給を停止することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、前面
から放射されてバーコードの読み取りを行うレーザ光を
直接モニタしてレーザ光量の自動制御を行うとともに、
前面および後面から放射されるレーザ光の光量が所定の
範囲にあるか否かを検出し、その結果に基づいて消灯あ
るいは警告等の処理を行なうようにしているので半導体
レーザの信頼性および安全性向上を図る上で有益であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理説明図、

【図２】 本発明の実施例を示す回路図、

【図３】 本発明の他の実施例を示す回路図、

【図４】 レーザダイオードの斜視図、

【符号の説明】

１ 半導体レーザ、 23 スリッ
ト、２ 第１の受光素子、 24 レン
ズ、３ 第１のモニタ部、 25 ハーフミラ
ー、４ 第１の検出部、 26 ポリ
ゴンミラー、５ 分割部、
27 モータ、６ 第２の受光素子、
28 物体、７ 第２のモニタ部、 30
〜33 差動増幅器、８ 制御部、 40〜51 抵
抗、９ 電力供給部、 60コンデ
ンサ、10 第２の検出部、 61〜64
コンパレータ、13 半導体チップ、
70〜72 ＯＲゲート、20 レーザダイオードパッケ
ージ、 80 アナログスイッチ、21 レーザダイオ
ード、 90 駆動トランジスタ、22、29
フォトダイオード、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前面と後面にレーザ光を放射する半導体
   レーザ(1) と、 後面から放射されたレーザ光を光電変換する第１の受光
   素子(2) と、 該第１の受光素子(2) の出力をモニタする第１のモニタ
   部(3) と、 該第１のモニタ部(3) の出力が所定の範囲内にあるか否
   かを検出しその結果に基づいて第１の異常信号を出力す
   る第１の検出部(4) と、 前面から放射されたレーザ光を分割する分割部(5) と、 分割された一方のレーザ光を光電変換する第２の受光素
   子(6) と、 該第２の受光素子(6) の出力をモニタする第２のモニタ
   部(7) と、 該第２のモニタ部(7) の出力を基準信号と比較しその差
   分に応じた制御信号を出力する制御部(8) と、 該制御信号に従ってその差分を打ち消すように半導体レ
   ーザ(1) に電力を供給する電力供給部(9) を備えたこと
   を特徴とする半導体レーザ制御装置。
2. 【請求項２】 第２のモニタ部(7) の出力が所定の範囲
   内にあるか否かを検出しその結果に基づいて第２の異常
   信号を出力する第２の検出部(10)を備えたことを特徴と
   する請求項(1) 記載の半導体レーザ制御装置。