JPWO2017168565A1 - レーザ光源モジュール、および故障レーザダイオードの特定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザダイオードが不発光となった場合に、レーザダイオードへの電流を迂回させることが可能なレーザ光源モジュールの提供を目的とする。レーザ光源モジュール１００は、レーザダイオード３と、レーザダイオード３と並列に接続され、オン状態のときにレーザダイオードへの電流を迂回させるバイパス回路４と、レーザダイオード３のレーザ光を検出する光検出回路５と、入力される制御信号に応じて、バイパス回路４をオン状態に切り替えるバイパス回路切替回路６と、を備え、光検出回路５がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路切替回路６はバイパス回路４をオン状態に切り替えることが可能になる。

Description

本発明はレーザ光源モジュール、光源装置および故障レーザダイオードの特定方法に関する。

デジタルシネマ・プロジェクターなどの光源装置は、高い光出力を得るために、光源として複数のレーザ光源モジュールを備える。光源装置内において複数のレーザ光源モジュールを駆動する方式としては、レーザ光源モジュールを電気的に直列接続し、各モジュールに均等に電流を流す駆動方式が一般的である。しかしながら、複数のレーザ光源モジュールを電気的に直列接続して駆動する場合には下記の問題点があった。

レーザダイオード（以下、ＬＤとも記載する）がオープンモード故障（ＬＤが非導通で不発光となる故障）になった場合には、故障したレーザ光源モジュールに直列接続された全てのレーザ光源モジュールが不発光となる。これは、光源装置からの光出力がゼロになることを意味し、光源装置のみならず映像システム全体に致命的な障害を引き起こす。

また、ＬＤがダイオード特性を保ったまま不発光になった場合にも、故障したレーザ光源モジュールにおいて正常発光時より光放射エネルギー分だけ大きな発熱が発生する。また、故障したレーザ光源モジュールの光出力を補うために、他のレーザ光源モジュールの光出力を増大させる必要がある。光出力を増大させるために駆動電流を増大させると、更に熱的負荷が大きくなり光源装置の信頼性が大きく低下する。

また、ＬＤが半ショートモード故障になった場合においても、光源装置全体として光出力を保つために駆動電流を増大させる必要がある。駆動電流を増大させると、半ショート故障した箇所に電流が集中することで焼損、断線などに至る場合がある。従って、光源装置の継続運用において信頼性を大きく損なう。但し、ＬＤが完全ショート状態の故障になった場合は、複数のレーザ光源モジュールを電気的に直列接続して運用するのに支障はない。

複数のレーザ光源モジュールのいずれかが故障した場合に光源装置の光出力を継続して行う技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ＬＤが故障した場合、ＬＤに並列接続された代替のダイオード又はＬＤに電流を迂回させることでオープン故障の際に光源装置の継続運用が保たれることが記載されている。また、特許文献２には、ＬＤにスイッチング素子を並列接続し、ＬＤの故障によりＬＤに印加される電圧が閾値を上回ると、スイッチング素子がＬＤへの電流を迂回させる構成が記載されている。

特開２００５−５７０３６号公報 特開２００５−５３０３３２号公報

特許文献１においては、ＬＤに並列接続される代替のダイオード又は代替のレーザダイオードは、レーザダイオードよりも順方向電圧（Ｖｆ）が高く設定される。つまり、レーザダイオードの故障時には、代替のダイオードにおいて正常時よりも高い発熱を伴う。従って、代替のダイオードの発熱が他の正常なＬＤに影響を与えないような放熱設計が要求される。特に冷却能力と冷却スペースに大きな余裕が必要となり放熱のためのコストが増大してしまう。

また、特許文献２においては、ＬＤごとに電圧を計測することで故障の検出を行うが、ＬＤの故障において最も発生頻度が高い、ダイオード特性を保ったまま不発光となる故障については検出することができなかった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、レーザダイオードが不発光となった場合に、レーザダイオードへの電流をバイパス回路に迂回させることが可能なレーザ光源モジュールの提供を目的とする。また、本発明は、複数のレーザ光源モジュールが電気的に直列接続されて駆動される光源装置において、いずれかのレーザ光源モジュールのレーザダイオードが不発光となった場合であっても、他のレーザ光源モジュールからの光出力を継続することが可能な光源装置の提供を目的する。また、本発明は、光源装置において故障したレーザダイオードを特定する故障レーザダイオードの特定方法の提供を目的とする。

本発明に係るレーザ光源モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードと並列に接続され、オン状態のときにレーザダイオードへの電流を迂回させるバイパス回路と、レーザダイオードのレーザ光を検出する光検出回路と、入力される制御信号に応じて、バイパス回路をオン状態に切り替えるバイパス回路切替回路と、を備え、光検出回路がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路切替回路はバイパス回路をオン状態に切り替えることが可能になる。

本発明に係るレーザ光源モジュールにおいては、光検出回路がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路をオン状態に切り替えることが可能となる。従って、レーザダイオードがダイオード特性を維持したまま不発光となる故障を起こした場合であっても、電流をバイパス回路に確実に迂回させることが可能となる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによってより明白となる。

実施の形態１に係るレーザ光源モジュールの回路構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ光源モジュールの光検出回路の別の構成例を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ光源モジュールの平面図である。 実施の形態１に係るレーザ光源モジュールの断面図である。 実施の形態１に係るレーザダイオードの平面図である。 実施の形態１に係る光源装置の回路構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ光源モジュールのレーザダイオードの故障状態と給電端子間電圧の関係を示す図である。 故障したレーザダイオードを特定する動作を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るレーザ光源モジュールの回路構成を示す図である。

＜実施の形態１＞
＜レーザ光源モジュールの構成＞
図１は、本実施の形態１おけるレーザ光源モジュール１００の回路構成を示す図である。図１に示すように、レーザ光源モジュール１００は、レーザダイオード３（以降ではＬＤ３とも記載する）と、バイパス回路４と、光検出回路５と、バイパス回路切替回路６とを備える。

レーザ光源モジュール１００は、ＬＤ３に電力を供給する端子として給電端子２ａ，２ｂを備える。給電端子２ａ，２ｂには電流源１が接続される。バイパス回路４は、ＬＤ３と並列に接続されている。バイパス回路４は、オン状態のときにＬＤ３への電流を迂回させるための回路である。

バイパス回路４は、スイッチング素子４１を備える。スイッチング素子４１は例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（エンハンスメント型）である。スイッチング素子４１としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴを選択する理由としては、数十アンペア程度の大電流をスイッチ制御する素子として小型であり、かつ、スイッチがオン状態（導通状態）における導電抵抗が数ｍΩと極めて低いからである。導電抵抗が数ｍΩと低いことにより、ＬＤ３の駆動電流（数十アンペア程度）を発熱を抑えて迂回させることができる。また、ＬＤ３が故障して半ショート状態となった場合においてもスイッチング素子４１は十分低い導通抵抗であることが望ましい。

光検出回路５は、ＬＤ３のレーザ光を検出する。光検出回路５の機能は例えばフォトトランジスタ５１により実現される。フォトトランジスタ５１は、ＬＤ３のレーザ光の一部を受光するように配置される。光検出回路５はレーザ光を検出すると、スイッチング素子４１の制御端子と、レーザダイオード・グランド９（以降ではＬＤ＿ＧＮＤ９とも記載する）を非導通状態から導通状態に切り替える。

つまり、光検出回路５は、レーザ光を検出している状態において、バイパス回路４のスイッチング素子４１の制御端子をＬＤ＿ＧＮＤ９に短絡させる。一方、光検出回路５は、レーザ光を検出していない状態において、スイッチング素子４１の制御端子をＬＤ＿ＧＮＤ９から切り離す。

図２に、光検出回路５の別の構成例を示す。図１においては光検出回路５の機能をフォトトランジスタ５１で実現したが、図２に示すように、フォトダイオード５２、コンパレータを含むシュミットトリガ回路５３（ヒステリシス回路とも呼ばれる）、スイッチング素子５４等を組み合わせて光検出回路５の機能を実現してもよい。この場合、スイッチング素子５４の切り替えによってコンパレータへの電源供給が断たれないように、コンパレータへの給電経路は別に設ける必要がある。

なお、光検出回路５において、フォトトランジスタ５１、フォトダイオードなどの光検出素子の受光部はＬＤ３のレーザ光の一部を受光できる位置に配置される。レーザ光の一部を受光できる位置とは、例えば、ＬＤ３の出射端面の反対側の端面、ＬＤ３の出射光を平行光化するコリメートレンズ近傍等である。

図１に示すように、レーザ光源モジュール１００は制御端子７ａ，７ｂを備える。バイパス回路切替回路６には、制御端子７ａ，７ｂを介して制御部８から制御信号が入力される。バイパス回路切替回路６は、入力される制御信号に応じて、バイパス回路４をオン状態に切り替える。

バイパス回路切替回路６は、フォトボル出力フォトカプラ６１を備える。フォトボル出力フォトカプラ６１は、入力側に発光素子６３として例えばＬＥＤを備える。また、出力側に光電変換素子６２として、直列接続された複数のフォトダイオードを備える。制御端子７ａ，７ｂを介して発光素子６３に駆動電流（ハイ又はローの制御信号）が供給される。発光素子６３が発光すると、光電変換素子６２には光エネルギーが入力されて、フォトボル出力フォトカプラ６１の出力端子６ａ，６ｂ間には所定の電圧が発生する。

なお、フォトボル出力フォトカプラ６１の特徴は、入力側の発光素子６３と、出力側の光電変換素子６２とが電気的に絶縁されていることにある。フォトボル出力フォトカプラ６１は、制御部８の制御グランド１０とは電気的に絶縁されたＬＤ＿ＧＮＤ９を基準とした起電力により、スイッチング素子４１に制御電圧（バイアス）を与えることが可能である。バイパス回路切替回路６の入力側と出力側が絶縁されていることにより、スイッチング素子４１がオン状態（導通状態）となり、給電端子２ａ，２ｂ間が短絡状態になった後もこの状態を安定的に維持することができる。

光検出回路５がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路切替回路６はバイパス回路４をオン状態に切り替えることが可能になる。光検出回路５がレーザ光を検出しているときは光検出回路５が導通状態となるため、バイパス回路切替回路６の光電変換素子６２の両端が短絡された状態となる。よって、バイパス回路４のスイッチング素子４１の制御端子に電圧が印加されない。この状態において、電流源１から供給される電流はバイパス回路４に迂回されず、ＬＤ３へ供給される。

一方、光検出回路５がレーザ光を検出していないときは光検出回路５が非導通状態となるため、バイパス回路切替回路６の光電変換素子６２の両端に発生する電圧がバイパス回路４のスイッチング素子４１の制御端子に印加される。スイッチング素子４１の制御端子に電圧が印加されてスイッチング素子４１がオン状態（即ち、バイパス回路４がオン状態）となることによって、ＬＤ３へ供給される電流がバイパス回路４に迂回される。

図３は、レーザ光源モジュール１００の平面図である。また、図４は、図３の線分Ａ−Ａにおける保持ブロック２１１、サブマウント基板２１０およびＬＤ３の断面図である。また、図５は、保持ブロック２１１、サブマウント基板２１０およびＬＤ３の平面図である。

図３に示すように、ステムベース２０３上に、基板２０５および保持ブロック２１１が固定される。基板２０５上には導電パターン２０６が形成されている。導電パターン２０６の所定の領域には、制御端子７ａ，７ｂ、給電端子２ａ，２ｂ、バイパス回路４、光検出回路５、バイパス回路切替回路６などが配置される。

また、保持ブロック２１１上には、サブマウント基板２１０が配置される。図４に示すように、サブマウント基板２１０において、絶縁基板２１０ａの裏面側（保持ブロック２１１側）には、保持ブロック側導電パターン２１０ｄが形成されている。また、図５に示すように、絶縁基板２１０ａの上面側には、ＬＤ３のＰ側電極、Ｎ側電極のそれぞれに対応した導電パターン２１０ｂ，２１０ｃが形成されている。導電パターン２１０ｂ上にはＬＤ３の裏面電極が接合されている。また、導電パターン２１０ｃは導電性ワイヤ２１２を介してＬＤ３の上面電極と接続されている。また、給電端子２ａ，２ｂは、導電パターン２１０ｂ，２１０ｃのそれぞれと導電性リボン２０２を介して接続されている。

図３のように導電パターン２０６を形成し、バイパス回路４、光検出回路５、バイパス回路切替回路６を配置することで、半導体モジュール１００のサイズが増大することを抑制することが可能である。

＜光源装置の構成＞
図６は、本実施の形態１における光源装置５００の構成を示す図である。図６に示すように、光源装置５００は、複数のレーザ光源モジュール１０１〜１０６と、制御部８と、電流源１とを備える。

複数のレーザ光源モジュール１０１〜１０６は直列に接続されている。これらのレーザ光源モジュール１０１〜１０６のそれぞれは、図１で示したレーザ光源モジュール１００と同じ構成である。

制御部８は、各レーザ光源モジュール１０１〜１０６のバイパス回路切替回路６に対して個別に制御信号を出力する。つまり、図６において制御部８は、６個の制御信号出力部を備え、各出力部からは独立して制御信号を出力可能である。電流源１は、直列接続された複数のレーザ光源モジュール１０１〜１０７に電流を供給する。

なお、図６においては、光源装置５００が６個のレーザ光源モジュール１０１〜１０６を備える構成であるが、レーザ光源モジュールの個数はこれに限定されない。光源装置５００に要求される光出力、電流源１の駆動能力などに応じて任意の個数のレーザ光源モジュールを配置可能である。

なお、図１および図６における制御部８は、処理回路８１によって実現される。処理回路８１は、専用のハードウェアであっても、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。

処理回路８１が専用のハードウェアである場合、処理回路８１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。

処理回路８１がＣＰＵの場合、制御部８の機能はソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ８２に格納される。処理回路８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部８の機能を実現する。また、このプログラムは、制御部８の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ８２とは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。

なお、制御部８の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。制御部８は例えば、マイクロコントローラによって実現される。

＜レーザ光源モジュールの動作＞
図７は、図１に示したレーザ光源モジュール１００のＬＤ３の故障状態と給電端子２ａ，２ｂ間の電圧の関係を示す図である。ここで、給電端子２ａ，２ｂ間の電圧とは、給電端子２ａ，２ｂに電流を供給する電流源１の両端の電圧を意味する。

図７を用いて、ＬＤの状態（故障の種類）について説明する。まず、「正常」とはＬＤに故障が生じていない状態を意味する。正常なＬＤに電流源１から規定の電流が流れたときに生じる順方向電圧をＶｆとする。「オープン故障」とは、ＬＤに電流が流れなくなった状態を意味する。このとき、給電端子２ａ，２ｂ間の電圧は電流源１の解放電圧となる。「半ショート故障」とは、ＬＤにおいて不完全な短絡状態を意味する。このとき、給電端子２ａ，２ｂ間の電圧は解放電圧より小さい電圧となる。「Ｖｆ保持不発光」とは、ダイオード特性を維持したままＬＤが不発光となる状態を意味する。

図２に示すように、ＬＤが「正常」な状態（即ち、ＬＤが発光している状態）においては、バイパス回路４の制御は無効である。一方、「オープン故障」、「半ショート故障」、「Ｖｆ保持不発光」等の故障が生じた状態（即ち、ＬＤが不発光の状態）においては、バイパス回路４の制御が有効となる。

図２に示すように、バイパス回路４がオン状態になると、給電端子７ａ，７ｂはバイパス回路４により短絡されるため、給電端子間の電圧はゼロとなる。

ＬＤが正常に発光する場合、光検出回路５がレーザ光を検出する。よって、バイパス回路４のスイッチング素子４１の制御端子はＬＤ＿ＧＮＤ９に短絡される。この状態において、バイパス回路４はオフ状態、即ちＬＤ３に流れる電流を迂回しない状態に維持される。

ＬＤ素子が不発光の場合、光検出回路５はレーザ光を検出しない。光検出回路５はレーザ光を検出しない状態において、バイパス回路４のスイッチング素子４１の制御端子はＬＤ＿ＧＮＤ９から電気的に切り離される。この状態において、バイパス回路４のスイッチング素子４１の制御端子が制御可能な状態となる。つまり、制御部８は制御信号により、バイパス回路切替回路６を介してバイパス回路４をオン状態に切り替えることが可能となる。

ＬＤ３が発光している間は、制御部８はバイパス回路４をオン状態にさせる制御信号（制御信号：ハイ）を出力している。つまり、バイパス回路切替回路６において発光素子６３には電流が流れて発光している。ＬＤ３が発光している間は、光検出回路５がレーザ光を検出しているため、バイパス回路４への制御は無効となっている。つまり、制御部８が出力する制御信号に関わらず、ＬＤ３への給電が維持される。

ＬＤ３が不発光状態となると、光検出回路５がレーザ光を検出しなくなり、バイパス回路４への制御が有効となる。このとき、制御部８からはバイパス回路４をオン状態にする制御信号が出力されているため、ＬＤ３が不発光になると、即座にバイパス回路４がオン状態となる。バイパス回路４がオン状態となることにより、電流源１からＬＤ３に流れる電流はバイパス回路４に迂回される。

＜故障したレーザダイオードの特定方法＞
図６に示す光源装置５００おいては、６個のレーザ光源モジュール１０１〜１０６を直列接続した例を示した。直列接続されたレーザ光源モジュールの個数がｎ個の場合、制御部８は、最大でも２^ｒ−１＜ｎ≦２^ｒを満たすｒ回の判定動作を繰り返すことによって、故障したＬＤを特定することが可能である。例えば、ｎ＝６の場合には、３回の判定動作で故障したＬＤを特定することが可能である。ｎ＝１００の場合でも７回の判定動作で故障したＬＤの特定が可能である。

図８は、故障したＬＤを特定する動作を示すフローチャートである。以下では、図６に示すようにレーザ光源モジュールの個数が６個の場合（ｎ＝６の場合）を例に、故障したＬＤの特定方法を説明する。但し、アルゴリズムを簡潔に示すために、レーザ光源モジュール１０３のＬＤ３がダイオード特性を保持した状態で不発光となる故障（図７における「Ｖｆ保持不発光」）を起こしたと仮定して説明を行う。

制御部８は、６個のレーザ光源モジュール１０１〜１０６を制御しているが、その内の１つが故障して不発光となった場合、不発光となったレーザ光源モジュール（本例ではレーザ光源モジュール１０３）のみ制御部８から制御可能となる。

まず、制御部８は、６個のレーザ光源モジュール１０１〜１０６を２つのグループ（第１、第２のグループ）に分ける（ステップＳ０１）。例えば、レーザ光源モジュール１０１〜１０３を第１のグループ、レーザ光源モジュール１０４〜１０６を第２のグループとする。そして、制御部８は、第１のグループの全てのレーザ光源モジュール１０１〜１０３に対して、バイパス回路４をオン状態にする制御信号（制御信号：ハイ）を出力する。そして、この状態において、制御部８は電圧測定回路８３を介して、電流源１の両端の電圧値を取得する（ステップＳ０２）。

次に、制御部８は、取得した電流源１の両端の電圧値が予め定められた基準電圧値より大きいか否かの判定を行う（ステップＳ０３）。ここで、基準電圧値とは（ｎ−１）×Ｖｆである。本例では、ｎ＝６のため基準電圧値は５×Ｖｆに設定される。電流源１の両端電圧値が基準電圧値より大きい場合は、第１のグループ内に故障したレーザ光源モジュールが含まれないことを意味する。一方、電流源の両端電圧値が基準電圧値に実質的に等しい場合は、第１のグループ内に故障したレーザ光源モジュールが含まれることを意味する。本例では、ステップＳ０２において制御部８が取得する電流源１の両端電圧値は５×Ｖｆとなる。これは、第１のグループに故障したレーザ光源モジュール１０３が含まれており、制御信号によりバイパス回路４がオン状態となってＬＤ３の両端電圧が実質的にゼロとなっているためである。

ステップＳ０３において、電流源１の両端電圧値が基準電圧値よりも大きい場合、制御部８は第２のグループを選択する（ステップＳ０４）。一方、電流源１の両端電圧値が基準電圧値に実質的に等しい場合、制御部８は第１のグループを選択する（ステップＳ０５）。本例では、電流源１の両端電圧値が基準電圧値に実質的に等しいため、制御部８は第１のグループを選択する。

次に、制御部８は、ステップＳ０４又はステップＳ０５で選択したグループが単一のレーザ光源モジュールで構成されるか否かの判定を行う（ステップＳ０６）。本例では、制御部８はステップＳ０４において第１のグループを選択しており、第１のグループには３つのレーザ光源モジュールが含まれるため、ステップＳ０８に進む。

一方、ステップＳ０６において選択したグループが単一のレーザ光源モジュールで構成される場合は、制御部８は、そのレーザ光源モジュールのＬＤ３を故障したＬＤとして特定する（ステップＳ０７）。

ステップＳ０８において、制御部８は、ステップＳ０４又はステップＳ０５で選択したグループを２つのグループに分ける。本例では、制御部８はステップＳ０４において第１のグループを選択しているため、第１のグループを新しい第１、第２のグループに分ける。例えば、制御部８は、レーザ光源モジュール１０１を新しい第１のグループ、レーザ光源モジュール１０２，１０３を新しい第２のグループとする。そして、制御部８は、ステップＳ０２の動作を再び実行する。

ステップＳ０２において、制御部８は、第１のグループの全てのレーザ光源モジュール１０１に対して、バイパス回路４をオン状態にする制御信号を出力する。そして、この状態において、制御部８は電圧測定回路８３を介して、電流源１の両端電圧値を取得する。ここで、制御部８が取得する電圧値は６×Ｖｆである。

次に、制御部８は前述したステップＳ０３を再び実行する。つまり、制御部８は取得した電圧値（６×Ｖｆ）が基準電圧値（５×Ｖｆ）より大きいか否かの判定を行う。本例では、取得した電圧値が基準電圧値よりも大きいため、制御部８は第２のグループを選択する（ステップＳ０４）。

次に、制御部８はステップＳ０８において、選択したグループ（本例では第２のグループ）を２つのグループに分ける。制御部８は、レーザ光源モジュール１０２を新しい第１のグループ、レーザ光源モジュール１０３を新しい第２のグループとする。そして、制御部８は、ステップＳ０２の動作を再び実行する。

ステップＳ０２において、制御部８は、第１のグループの全てのレーザ光源モジュール１０２に対して、バイパス回路４をオン状態にする制御信号を出力する。そして、この状態において、制御部８は電圧測定回路８３を介して、電流源１の両端電圧値を取得する。ここで、制御部８が取得する電圧値は６×Ｖｆである。

次に、制御部８は前述したステップＳ０３を再び実行する。つまり、制御部８は取得した電圧値（６×Ｖｆ）が基準電圧値（５×Ｖｆ）より大きいか否かの判定を行う。本例では、取得した電圧値が基準電圧値よりも大きいため、制御部８は第２のグループを選択する（ステップＳ０４）。

次に、制御部８は、選択したグループが単一のレーザ光源モジュールで構成されるか否かの判定を行う（ステップＳ０６）。本例では、制御部８はステップＳ０４において第１のグループを選択しており、第１のグループは単一のレーザ光源モジュール１０３で構成されるため、ステップＳ０７に進む。ステップＳ０７において、制御部８はレーザ光源モジュール１０３のＬＤ３を故障したＬＤとして特定する。

以上で説明したように、制御部８は、３回の判定動作により、６個のレーザ光源モジュール１０１〜１０６のうちから故障したＬＤ３を備えるレーザ光源モジュール１０３を特定することが可能である。

なお、上述した例では、ＬＤ３が両端電圧Ｖｆを保持した状態で不点灯となる故障（図７におけるＶｆ保持不点灯故障）を想定して説明を行ったが、ＬＤ３がオープン故障を起こした場合であっても、同じ方法で故障したＬＤ３を特定することが可能である。また、ＬＤ３が完全ショート状態以外の半ショート故障を起こした場合においても、同じ方法で故障したＬＤ３を特定することが可能である。

故障したＬＤを特定した後に、そのＬＤの故障の種類を半別する方法について説明する。制御部８は、故障と特定されたレーザ光源モジュールに対してバイパス回路４をオン状態にする制御信号（制御信号：ハイ）を出力した状態で、電流源１の両端電圧値（これをＶ１と呼ぶ）を取得する。さらに、制御部８は、故障と特定されたレーザ光源モジュールに対してバイパス回路４をオフ状態する制御信号（制御信号：ロー）を出力した状態で、電流源１の両端電圧値（これをＶ２と呼ぶ）を取得する。

Ｖ１とＶ２との差が、電流源１の解放電圧に相当する場合、制御部８はＬＤの故障の種類をオープン故障と判別する。また、Ｖ１とＶ２との差が、浮き電圧に相当する場合、制御部８はＬＤの故障の種類を半ショート故障と判別する。また、Ｖ１とＶ２との差がＶｆに相当する場合、制御部８はＬＤの故障の種類をＶｆ保持不発光と判別する。

＜効果＞
本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００は、レーザダイオード３と、レーザダイオード３と並列に接続され、オン状態のときにレーザダイオードへの電流を迂回させるバイパス回路４と、レーザダイオード３のレーザ光を検出する光検出回路５と、入力される制御信号に応じて、バイパス回路４をオン状態に切り替えるバイパス回路切替回路６と、を備え、光検出回路５がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路切替回路６はバイパス回路４をオン状態に切り替えることが可能になる。

本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００においては、光検出回路５がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路４をオン状態に切り替えることが可能となる。従って、ＬＤ３がダイオード特性を保持したまま不発光となる故障を起こした場合であっても、電流をバイパス回路４に確実に迂回させることが可能となる。

また、本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００において、バイパス回路切替回路６は、フォトボル出力フォトカプラ６１を備える。

フォトボル出力フォトカプラ６１においては、入力側の発光素子６３と出力側の光電変換素子６２とが電気的に絶縁されている。よって、光電変換素子６２は、レーザ光源モジュール側のグランド（即ち、ＬＤ＿ＧＮＤ９）を基準とした起電力により、スイッチング素子４１に制御電圧を与えることが可能である。バイパス回路切替回路６の入力側と出力側が絶縁されていることにより、バイパス回路４のスイッチング素子４１がオン状態（導通状態）となり、給電端子２ａ，２ｂ間が短絡状態になった後もこの状態を安定的に維持することができる。

また、本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００において、光検出回路５は、フォトトランジスタ５１を備える。

光検出回路５をフォトトランジスタ５１とすることにより、レーザ光源モジュール１００の回路規模が増大することを抑制しつつ、光検出回路５の機能を実現することが可能である。

また、本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００において、光検出回路５は、コンパレータと、フォトダイオード５２と、を備えてもよい。

従って、光検出回路５を、フォトダイオード５２を入力電圧とするシュミットトリガ回路とすることにより、ＬＤ３のレーザ光の出力強度に揺らぎがある場合であっても、安定してレーザ光を検出することが可能となる。

また、本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００において、バイパス回路４はスイッチング素子４１を備え、スイッチング素子４１がオンの状態においてバイパス回路４はオン状態となり、バイパス回路切替回路６はスイッチング素子４１の制御端子を駆動し、光検出回路５がレーザ光を検出してないことに応答して、バイパス回路切替回路６がスイッチング素子４１の制御端子を駆動することが可能となる。

本実施の形態１では、バイパス回路４にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子４１を配置し、そのスイッチング素子４１をバイパス回路切替回路６がそのスイッチング素子４１を制御することにより、バイパス回路４をオン状態に切り替えることが可能である。

また、本実施の形態１における光源装置５００は、レーザ光源モジュール１００の複数と、複数のレーザ光源モジュール１００のバイパス回路切替回路６に対して個別に制御信号を出力する制御部８と、を備え、複数のレーザ光源モジュール１００は直列接続されており、直列接続された複数のレーザ光源モジュール１００に電流を供給する電流源１をさらに備える。

本実施の形態１におけるレーザ光源モジュール１００においては、ＬＤ３が故障して不発光となった場合に、不発光となったＬＤ３に流れる電流をバイパス回路４に迂回させることが可能である。従って、複数のレーザ光源モジュール１００を直列に接続した光源装置において、いずれかのＬＤ３が故障して不発光となった場合であっても、そのＬＤ３に流れる電流が迂回されるため、他の正常なＬＤ３からの光出力を継続することが可能である。

本実施の形態１における故障レーザダイオードの特定方法は、光源装置５００において故障したレーザダイオードを特定する故障レーザダイオードの特定方法であって、光源装置５００は、電流源１の両端の電圧を測定する電圧測定回路８３をさらに備え、（ａ）制御部８が、複数のレーザ光源モジュール１００を２つのグループに分ける工程と、（ｂ）制御部８が、２つのグループの一方のグループに属する全てのレーザ光源モジュール１００に対して、バイパス回路４をオン状態に切り替えるための制御信号を出力しながら電流源１の両端の電圧値を取得する工程と、（ｃ）制御部８が、工程（ｂ）で取得した電圧値に応じて、２つのグループのうち、いずれか一方のグループを選択する工程と、（ｄ）制御部８が、工程（ｃ）において選択されたグループを２つのグループに分ける工程と、を備え、制御部８は、工程（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返し行い、工程（ｃ）において選択されたグループが単一のレーザ光源モジュール１００を含む場合にそのレーザ光源モジュール１００に備わるレーザダイオード３を故障したレーザダイオード３として特定する。

本実施の形態１における故障レーザダイオードの特定方法によれば、各レーザ光源モジュール１００への制御信号のハイ、ローを切り替えながら電流源１の両端の電圧値を測定することにより、故障して不発光となったＬＤ３を特定することが可能である。よって、複数のＬＤ３の電圧を個別に測定する方法と比較して、光源装置５００の回路構成を簡素化することが可能である。また、本実施の形態１の特定方法によれば、制御部８は、２^ｒ−１＜ｎ≦２^ｒを満たすｒ回、上記工程（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を繰り返すことによって、ｎ個のＬＤのうちから故障したＬＤを特定することが可能である。従って、本実施の形態１の特定方法は、光源装置５００が多数のレーザ光源モジュール１００を備える場合において特に効果的である。

また、本実施の形態１における故障レーザダイオードの特定方法の工程（ｃ）において、制御部８が、工程（ｂ）で取得した電圧値が予め定められた基準電圧値であれば、前記２つのグループのうち、一方のグループを選択し、工程（ｂ）で取得した電圧値が基準電圧値よりも低い電圧値であれば、２つのグループのうち、他方のグループを選択する。

従って、ＬＤの総数をｎ、ＬＤに電流源１から電流を流したときのＬＤの順方向電圧をＶｆとし、基準電圧値を（ｎ−１）×Ｖｆに設定することにより、オープン故障、完全ショート以外の半ショート故障、Ｖｆ保持不発光の故障を起こしたＬＤを特定することが可能である。

また、本実施の形態１における故障レーザダイオードの特定方法は、（ｅ）故障したレーザダイオードを特定した後において、制御部８が、故障したレーザダイオードを備えるレーザ光源モジュール１００に対して、バイパス回路４をオン状態に切り替えるための制御信号を出力しながら電流源１の両端の電圧値Ｖ１を取得する工程と、（ｆ）故障したレーザダイオードを特定した後において、制御部８が、故障したレーザダイオードを備えるレーザ光源モジュール１００に対して、バイパス回路４をオフ状態に切り替えるための制御信号を出力しながら電流源１の両端の電圧値Ｖ２を取得する工程と、（ｇ）制御部８が、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との差に応じて、故障したレーザダイオードの故障の種類を半別する工程と、をさらに備える。

従って、本実施の形態１においては、各レーザ光源モジュール１００への制御信号のハイ、ローを切り替えながら電流源１の両端の電圧値を測定することにより、故障して不発光となったＬＤ３を特定するだけでなく、そのＬＤ３の故障の種類を半別することも可能である。

＜実施の形態２＞
図９は、本実施の形態２におけるレーザ光源モジュール２００の回路構成を示す図である。レーザ光源モジュール２００において、バイパス回路切替回路６の構成がレーザ光源モジュール１００（図１）と異なる。その他の構成は図１と同じため、説明を省略する。

レーザ光源モジュール１００においては、バイパス回路切替回路６をフォトボル出力フォトカプラ６１で実現した。バイパス回路切替回路６には、制御回部８から制御信号（ハイ又はロー）として電流が入力された。

一方、本実施の形態２のレーザ光源モジュール２００において、バイパス回路切替回路６は光電変換素子６２を備える。光電変換素子とは例えばフォトダイオードである。バイパス回路切替回路６には、制御部８から制御信号（ハイ又はロー）として光信号が入力される。光信号は、制御部８側に設けられた発光素子６３により出力される。

本実施の形態２におけるレーザ光源モジュール２００の動作は、制御信号が光信号であること以外は実施の形態１と同じため説明を省略する。また、実施の形態１において説明した光源装置５００のレーザ光源モジュール１０１〜１０６のそれぞれをレーザ光源モジュール２００に置きかえてもよい。このように構成した光源装置においても、実施の形態１で説明した、故障ＬＤの特定方法を適用することが可能である。

＜効果＞
本実施の形態２におけるレーザ光源モジュール２００において、バイパス回路切替回路６は、光電変換素子６２を備え、バイパス回路切替回路６に入力される制御信号は、光信号である。

従って、本実施の形態２のように、レーザ光源モジュール２００に入力される制御信号を光信号とした場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 電流源、２ａ，２ｂ 給電端子、３ レーザダイオード、４ バイパス回路、４１ スイッチング素子、５ 光検出回路、５１ フォトトランジスタ、５２ フォトダイオード、５３ シュミットトリガ回路、５４ スイッチング素子、６ バイパス回路切替回路、６１ フォトボル出力フォトカプラ、６２ 光電変換素子、６３ 発光素子、６ａ，６ｂ 出力端子、７ａ，７ｂ 制御端子、８ 制御部、８１ 処理回路、８２ メモリ、８３ 電圧測定回路、９ レーザダイオード・グランド、１０ 制御グランド、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，２００ レーザ光源モジュール、２０２ 導電性リボン、２０３ ステムベース、２０５ 基板、２０６ 導電パターン、２１０ サブマウント基板、２１０ａ 絶縁基板、２１０ｂ，２１０ｃ 導電パターン、２１０ｄ 保持ブロック側導電パターン、２１１ 保持ブロック、２１２ 導電性ワイヤ、５００ 光源装置。

本発明はレーザ光源モジュール、および故障レーザダイオードの特定方法に関する。

本発明に係るレーザ光源モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードと並列に接続され、オン状態のときにレーザダイオードへの電流を迂回させるバイパス回路と、レーザダイオードのレーザ光を検出する光検出回路と、入力される制御信号に応じて、バイパス回路をオン状態に切り替えるバイパス回路切替回路と、を備え、光検出回路がレーザ光を検出していないことに応答して、バイパス回路切替回路はバイパス回路をオン状態に切り替えることが可能になる。バイパス回路切替回路は、光電変換素子を備え、バイパス回路切替回路に入力される制御信号は、光信号である。

Claims (10)

1. レーザダイオードと、
   前記レーザダイオードと並列に接続され、オン状態のときに前記レーザダイオードへの電流を迂回させるバイパス回路と、
   前記レーザダイオードのレーザ光を検出する光検出回路と、
   入力される制御信号に応じて、前記バイパス回路を前記オン状態に切り替えるバイパス回路切替回路と、
   を備え、
   前記光検出回路が前記レーザ光を検出していないことに応答して、前記バイパス回路切替回路は前記バイパス回路を前記オン状態に切り替えることが可能になる、
   レーザ光源モジュール。
2. 前記バイパス回路切替回路は、光電変換素子を備え、
   前記バイパス回路切替回路に入力される制御信号は、光信号である、
   請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
3. 前記バイパス回路切替回路は、フォトボル出力フォトカプラを備える、
   請求項２に記載のレーザ光源モジュール。
4. 前記光検出回路は、フォトトランジスタを備える、
   請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
5. 前記光検出回路は、コンパレータと、フォトダイオードと、を備える、
   請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
6. 前記バイパス回路はスイッチング素子を備え、
   前記スイッチング素子がオンの状態において前記バイパス回路は前記オン状態となり、
   前記バイパス回路切替回路は前記スイッチング素子の制御端子を駆動し、
   前記光検出回路が前記レーザ光を検出してないことに応答して、前記バイパス回路切替回路が前記スイッチング素子の前記制御端子を駆動することが可能となる、
   請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
7. 請求項１に記載のレーザ光源モジュールの複数と、
   複数の前記レーザ光源モジュールの前記バイパス回路切替回路に対して個別に前記制御信号を出力する制御部と、
   を備え、
   複数の前記レーザ光源モジュールは直列接続されており、
   直列接続された複数の前記レーザ光源モジュールに電流を供給する電流源をさらに備える、
   光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置において故障したレーザダイオードを特定する故障レーザダイオードの特定方法であって、
   前記光源装置は、前記電流源の両端の電圧を測定する電圧測定回路をさらに備え、
   （ａ）前記制御部が、複数の前記レーザ光源モジュールを２つのグループに分ける工程と、
   （ｂ）前記制御部が、前記２つのグループの一方のグループに属する全ての前記レーザ光源モジュールに対して、前記バイパス回路を前記オン状態に切り替えるための前記制御信号を出力しながら前記電流源の両端の電圧値を取得する工程と、
   （ｃ）前記制御部が、前記工程（ｂ）で取得した前記電圧値に応じて、前記２つのグループのうち、いずれか一方のグループを選択する工程と、
   （ｄ）前記制御部が、前記工程（ｃ）において選択されたグループを２つのグループに分ける工程と、
   を備え、前記制御部は、前記工程（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返し行い、前記工程（ｃ）において選択されたグループが単一の前記レーザ光源モジュールを含む場合にその前記レーザ光源モジュールに備わる前記レーザダイオードを故障したレーザダイオードとして特定する、
   故障レーザダイオードの特定方法。
9. 前記工程（ｃ）において、前記制御部が、前記工程（ｂ）で取得した前記電圧値が予め定められた基準電圧値であれば、前記２つのグループのうち、前記一方のグループを選択し、前記工程（ｂ）で取得した前記電圧値が前記基準電圧値よりも低い電圧値であれば、前記２つのグループのうち、他方のグループを選択する、
   請求項８に記載の故障レーザダイオードの特定方法。
10. （ｅ）故障した前記レーザダイオードを特定した後において、前記制御部が、故障した前記レーザダイオードを備える前記レーザ光源モジュールに対して、前記バイパス回路を前記オン状態に切り替えるための前記制御信号を出力しながら前記電流源の両端の電圧値Ｖ１を取得する工程と、
    （ｆ）故障した前記レーザダイオードを特定した後において、前記制御部が、故障した前記レーザダイオードを備える前記レーザ光源モジュールに対して、前記バイパス回路をオフ状態に切り替えるための制御信号を出力しながら前記電流源の両端の電圧値Ｖ２を取得する工程と、
    （ｇ）前記制御部が、前記電圧値Ｖ１と前記電圧値Ｖ２との差に応じて、故障した前記レーザダイオードの故障の種類を半別する工程と、
    をさらに備える、
    請求項８に記載の故障レーザダイオードの特定方法。

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