KR100819275B1 - Method of Driving Current for Pumping Green Laser - Google Patents
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Abstract
본 발명은 녹색 레이저를 펌핑하기 위한 전류 구동 방법에 관한 것으로서, 녹색 레이저 구동 회로에서 외부로부터 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따른 스위칭 동작에 의하여 녹색 레이저의 변조 신호 이전에 문턱 전류 정도의 구동전류를 공급하여 808nm 레이저 광에 의해서 녹색 레이저의 레이저 매질에서 기본파 레이저 광을 생성하며, 레이저 매질로부터 생성된 기본파 레이저 광을 비선형 결정에 통과시켜 레이저 광의 공진을 형성할 때까지의 시간 동안 미리 공급하여 줌으로써 광 출력 지연 시간(Turn-on delay)을 감소시키는 효과가 있다.The present invention relates to a current driving method for pumping a green laser, the driving current of the threshold current level before the modulation signal of the green laser by the switching operation according to the operation control signal LD_En input from the outside in the green laser driving circuit To generate fundamental wave laser light in the laser medium of the green laser by 808 nm laser light, and to supply the fundamental wave laser light generated from the laser medium through the nonlinear crystal in advance for a time until resonance of the laser light is formed. By doing so, there is an effect of reducing the light output delay time (Turn-on delay).
광원, 구동회로, 녹색 레이저, 레이저 매질, 비선형 결정, 자동 광 출력 제어, 턴온 지연, 펌핑 Light source, drive circuit, green laser, laser medium, nonlinear crystal, automatic light output control, turn-on delay, pumping
Description
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 회로의 구성도 1 is a block diagram of a light source driving circuit according to an embodiment of the present invention
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저 구동 회로도 2 is a green laser driving circuit diagram according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저 구동 회로의 동작 파형도3 is an operation waveform diagram of a green laser driving circuit according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저를 펌핑하기 위해 문턱 전류 구동 방법에 대한 흐름도4 is a flowchart illustrating a threshold current driving method for pumping a green laser according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 Nd:YVO4+KTP 결정에서의 펌핑을 나타낸 예시도5 is an exemplary diagram showing pumping in a Nd: YVO 4 + KTP crystal according to an embodiment of the present invention.
* 주요 도면부호에 대한 설명 ** Description of the main drawing codes *
300 : 광원 구동 회로 310 : 저항소자(Rmpd)300: light source driving circuit 310: resistor (Rmpd)
320 : 자동 광출력 제어부 330 : 정전류원320: automatic light output control unit 330: constant current source
340 : 스위칭부 350 : 변조 신호 입력부340: switching unit 350: modulated signal input unit
360 : 동작 제어 신호 입력부 370 : 전류 미러부360: operation control signal input unit 370: current mirror unit
380 : 오차 증폭부 390 : 전류원380: error amplifier 390: current source
400 : 저항소자(Rmod) 410 : 펌핑 영역400: resistive element (Rmod) 410: pumping area
420 : 공진 영역420: resonance region
본 발명은 녹색 레이저 구동 회로에서 외부로부터 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따른 스위칭 동작에 의하여 녹색 레이저의 변조 신호 이전에 문턱 전류 정도의 구동전류를 공급하여 808nm 레이저 광에 의해서 녹색 레이저의 레이저 매질에서 기본파 레이저 광을 생성하며, 레이저 매질로부터 생성된 기본파 레이저 광을 비선형 결정에 통과시켜 레이저 광의 공진을 형성할 때까지의 시간 동안 미리 공급하는 녹색 레이저를 펌핑하기 위한 전류 구동 방법에 관한 것이다. The present invention provides a driving current of about the threshold current before the modulation signal of the green laser by the switching operation according to the operation control signal LD_En input from the outside in the green laser driving circuit, and the laser medium of the green laser by the 808nm laser light. The present invention relates to a current driving method for pumping a green laser which generates a fundamental wave laser light in advance and supplies a fundamental wave laser light generated from a laser medium through a nonlinear crystal and passes in advance for a resonance of the laser light. .
현재까지 공개된 레이저 광원을 이용한 디스플레이 장치는 영상 신호들의 변조 용이성, 색 재현 개선 및 밝기 향상 등의 이유로, 광원으로서 적색, 청색 및 녹색의 레이저 광원들을 사용하도록 제안되어 왔다. 특히, 디스플레이 광원으로 반도체 레이저를 사용할 경우 주변의 온도나 광원의 열화 등의 영향에 의해 광 출력 파워가 변하므로, 디스플레이 장치의 색 품질과 밝기를 저하 시키는 원인이 된다. 따라서 광원의 광 출력파워를 일정하게 유지하는 장치, 즉 자동 광출력 제어 회로가 필수적으로 요구된다.Display devices using laser light sources disclosed to date have been proposed to use red, blue, and green laser light sources as light sources for reasons of easy modulation of image signals, improved color reproduction, and improved brightness. In particular, when the semiconductor laser is used as the display light source, the light output power is changed by the influence of the ambient temperature or the deterioration of the light source, which causes a decrease in color quality and brightness of the display device. Therefore, a device for keeping the light output power of the light source constant, that is, an automatic light output control circuit is essentially required.
이러한 디스플레이 장치는 적색(RED, 640nm), 녹색(GREEN, 532nm), 및 청색(BLUE, 450nm)의 레이저 광원을 각각 필요로 한다. 현재, 적색인 640nm와 청색 450nm의 파장을 방출하는 고출력 레이저는 상용화되어 있다. 녹색인 532nm의 파장을 방출하는 고출력 레이저로는 다이오드 펌프 고체(Diode pumped solid state; DPSS) 레이저가 있다. 여기서, 다이오드 펌프 고체(DPSS) 레이저란 짧은 파장 선폭을 가지는 다이오드 레이저를 사용하여 흔히 사용되는 고체레이저 매질 등을 여기(pumping)시켜 발진시키는 레이저로서, 각종 레이저 종류 가운데 비교적 작은 크기이면서도 고효율과 고출력을 얻을 수 있는 레이저이다. 다이오드 펌프 고체(DPSS) 레이저는 마킹(marking)이나 커팅(cutting)등 산업용으로 그 사용 용도가 늘어나고 있으며, 최근에는 소형이면서 고효율, 고출력 특성 때문에 디스플레이용 광원으로서도 개발이 진행되고 있다. Such display devices require red (RED, 640 nm), green (GREEN, 532 nm), and blue (BLUE, 450 nm) laser light sources, respectively. Currently, high power lasers emitting wavelengths of 640 nm red and 450 nm blue are commercially available. High power lasers that emit a wavelength of 532 nm, which is green, include a diode pumped solid state (DPSS) laser. Here, a diode pump solid-state (DPSS) laser is a laser that excites and oscillates a solid laser medium, which is commonly used, using a diode laser having a short wavelength line width. It is a laser that can be obtained. Diode pumped solid-state (DPSS) lasers are increasingly used for marking and cutting industries, and are being developed as light sources for displays due to their small size, high efficiency, and high output characteristics.
한편, 반도체 레이저는 온도에 의해 그 출력 파워가 크게 변화하기 때문에, 광 출력 파워를 안정시키기 위해서는 포토 다이오드(Photodiode)에 의해 검출된 검출전류에 기초해서 광 출력을 일정하게 유지시킬 수 있어야 하며, 레이저 다이오드 칩의 후방에 포토 다이오드가 설치되어 레이저 다이오드 칩의 후방으로 발광되는 광 출력 파워를 검출하게 된다. 즉, 광 출력을 일정하게 유지시키기 위해서 자동 광출력 제어(Automatic Power Control : APC) 기능을 갖는 구동회로가 이용된다. On the other hand, since the output power of a semiconductor laser varies greatly with temperature, in order to stabilize the light output power, the light output must be kept constant based on the detection current detected by the photodiode. A photodiode is installed at the rear of the diode chip to detect the light output power emitted to the rear of the laser diode chip. That is, a driving circuit having an automatic power output control (APC) function is used to keep the light output constant.
이에 관한 종래 기술 중 하나인 국내공개번호 제2005-54792호(명칭: 포토 다이오드를 이용한 레이저 다이오드 구동 회로)가 있으며, 전류에 대한 신속한 레이징을 필요로 하는 자동 광출력 제어회로(APC)를 이용하여 반도체 레이저를 구동시킬 때의 특징 중 하나는, 소위 광 출력의 '턴온 지연(Turn-on delay)'이다. Korean Patent Publication No. 2005-54792 (name: laser diode driving circuit using a photodiode), which is one of the related arts, uses an automatic optical output control circuit (APC) that requires rapid raging of current. One of the characteristics in driving a semiconductor laser is a so-called 'turn-on delay' of light output.
이와 같은 턴온 지연(Turn-on delay)이 생기게 되면, 데이터를 광학 저장매체에 기록하는 광학 저장 시스템에서 데이터 기록시의 지연으로 인해 매체에 데이터가 잘못 나타날 수 있다. 또한 레이저를 이용한 화상 표시 시스템에서 프레임 신 호와 레이저 광 출력 사이에 지연을 유발하여 화상의 왜곡 혹은 일부 생략 등의 현상을 나타날 수 있다. 또한, 종래의 자동 광출력 제어회로를 이용하여 녹색 레이저를 광 펌핑 방식으로 채용하는 경우 녹색 레이저인 다이오드 펌프 고체 레이저(DPSS)는 레이징 단계가 복잡하여 Nd:YVO4 레이저 매질의 여기 시간 및 레이징을 위한 열렌즈 형성 시간, 제2고조파 파장 변환 등과 같은 특성이 불안정하게 될 뿐만 아니라 이로 인해 광 출력의 턴온 지연(Turn-on delay)을 유발하는 문제점이 있었다.When such turn-on delay occurs, data may appear wrongly on the medium due to a delay in data recording in an optical storage system that records data on an optical storage medium. In addition, in an image display system using a laser, a delay may occur between a frame signal and a laser light output, thereby causing a phenomenon such as distortion of an image or some omission. In addition, in the case of employing a green laser in a light pumping method using a conventional automatic light output control circuit, the diode pump solid-state laser (DPSS), which is a green laser, has a complicated lasing step. Not only the characteristics such as thermal lens formation time, second harmonic wavelength conversion, etc. are unstable, but also cause a turn-on delay of the light output.
따라서 본 발명의 목적은 외부로부터 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따른 스위칭 동작의 타이밍 조절에 의하여 변조 신호에 대응되는 녹색 레이저의 구동전류를 제어함으로써, 광 출력의 턴온 지연(Turn-on delay)을 최소화는데 있다. Therefore, an object of the present invention is to control the driving current of the green laser corresponding to the modulation signal by adjusting the timing of the switching operation according to the operation control signal LD_En input from the outside, thereby turning-on delay of the light output. To minimize.
본 발명의 다른 목적은 턴온 지연(Turn-on delay)을 최소화하면서도, 광원에서 소모되는 전력을 최소화 하여 휴대용 레이저 기기에 사용될 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to minimize the turn-on delay, while minimizing the power consumed by the light source to be used in a portable laser device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 녹색 레이저 구동 회로에 있어서, 외부로부터 동작제어 신호를 입력하는 과정과, 상기 동작제어 신호가 Low레벨인 경우 상기 녹색 레이저 구동 회로로 전원 전압을 공급하는 과정과, 상기 동작제어 신호에 따라 상기 녹색 레이저 구동 회로의 정전류원으로부터 문턱 전류를 녹색 레이저로 공급하는 과정과, 상기 녹색 레이저에서 808 nm의 레이저 광을 흡수하는 과정 과, 상기 808nm 레이저 광에 의해서 녹색 레이저의 레이저 매질에서 기본파 레이저 광을 생성하는 과정 및 상기 레이저 매질로부터 생성된 기본파 레이저 광을 비선형 결정에 통과시켜 레이저 광의 공진을 형성할 때까지 문턱 전류를 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a green laser driving circuit comprising: inputting an operation control signal from an external source; supplying a power supply voltage to the green laser driving circuit when the operation control signal is at a low level; Supplying a threshold current from the constant current source of the green laser driving circuit to the green laser according to the operation control signal, absorbing 808 nm laser light from the green laser, and detecting the green laser by the 808 nm laser light. Generating a fundamental wave laser light in a laser medium and supplying a threshold current until the fundamental wave laser light generated from the laser medium passes through a nonlinear crystal to form a resonance of the laser light.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 회로의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a light source driving circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 회로(300)는 광원으로부터 출력되는 광의 일부를 받아 수광부에서 검출된 전류 신호와 외부의 화상 제어부(도시되지 않음)로부터 제공되는 변조(Modulation) 신호 입력에 대응하여 광원의 광 출력을 일정하게 유지하도록 제어한다. 이 때 외부에서 입력되는 변조 신호는 색 재현 및 화면 밝기의 균일도 향상을 위한 것으로 단순한 펄스 ON/OFF 변조 신호가 아니라 아날로그 변조된 입력 신호이다. As shown in FIG. 1, the light
광원은 광을 전방 및 후방을 향하여 출력하는 소자로서, 복수의 광원 단위로 배열된다. 예를 들어 영상 신호들의 개선된 색 재현을 위해서는 적색, 청색 레이저 (RED Laser, BLUE Laser) 및 녹색 레이저(GREEN Laser)등이 배열되어 각 레이저에 인가되는 구동전류의 크기에 비례하는 레이저 광을 발광하게 된다. 광원으로는 일정한 파장의 광을 출사하는 반도체 레이저나 파장 가변 가능한 반도체 레이저를 구 비할 수 있다.The light source is an element that outputs light toward the front and the rear, and is arranged in units of a plurality of light sources. For example, for improved color reproduction of image signals, red, blue, and green lasers are arranged to emit laser light proportional to the magnitude of the driving current applied to each laser. Done. As the light source, a semiconductor laser that emits light of a constant wavelength or a semiconductor laser having a variable wavelength can be provided.
이 중 특히 녹색 레이저(GREEN Laser)는 GaAs 기반의 반도체 레이저에 전류를 주입하여 808 nm의 레이저 광을 흡수한 후, 808nm 레이저 광에 의해서 펌핑되는 영역으로부터 기본파 레이저 광(1064 nm)을 생성하는 레이저 매질과 이러한 레이저 매질에서 여기된 기본파 레이저 광(1064 nm)을 통과시켜 공진되는 영역으로부터 제2 고조파 레이저 광(532 nm)으로 변환하여 출력하는 비선형 결정을 포함하는 펌핑된 고체 레이저가 사용된다. Among these, the green laser absorbs 808 nm laser light by injecting a current into a GaAs-based semiconductor laser and generates fundamental wave laser light (1064 nm) from a region pumped by the 808 nm laser light. A pumped solid state laser is used that includes a laser medium and a nonlinear crystal that passes through the fundamental wave laser light (1064 nm) excited in such a laser medium and converts it into a second harmonic laser light (532 nm) and outputs it. .
본 발명의 바람직한 형태에서, 레이저 매질은 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 및 Yb:YAG로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 또한 비선형 결정은 제3차 고조파 레이저 공을 발생시키도록 3차 비선형 계수를 갖는 비선형 결정 물질로 이루어 질수 있다.In a preferred form of the invention, the laser medium may be selected from the group consisting of Nd: YAG, Nd: YLF, Nd: YVO 4 and Yb: YAG, wherein the nonlinear crystals are also tertiary to generate a third harmonic laser ball. It can be made of nonlinear crystalline materials with nonlinear coefficients.
수광부는 레이저 다이오드 칩의 후방에 위치하여 광의 일부를 검출하는 모니터 포토다이오드(Monitor Photodiode : MPD)로 구성된다. 본 발명의 광원 구동 회로(300)로 구동되는 녹색 레이저 모듈은 레이저 다이오드(LD)의 애노드(Anode) 와 모니터 포토다이오드(MPD)의 캐소드(Cathode)가 연결되는 구조를 가지며, 모니터 포토다이오드(MPD)의 애노드(Anode)는 저항소자(310, Rmpd)에 접속된다. 이러한 모니터 포토다이오드(MPD)의 애노드(Anode)로부터 공급되는 검출 전류에 의해서 저항소자(310, Rmpd)에 발생한 궤환 전압이 자동 광출력 제어부(320)로 제공된다. The light receiving unit is configured of a monitor photodiode (MPD) which is located behind the laser diode chip and detects a part of light. The green laser module driven by the light
광원 구동 회로(300)는 외부의 화상 제어부(도시되지 않음)로부터 제공되는 변조 신호에 대응하여 레이저 다이오드(LD)에 광 출력이 일정하게 유지하도록 구동 전류를 제어하는 자동 광출력 제어부(320)를 포함한다. 여기서, 광원 구동 회로(300)는 외부로부터 입력되는 RGB 변조 신호에 따라 출력되는 광의 종류가 달라지며, 각 광원의 구동전류는 각각에 구비된 저항소자(310, Rmpd)의 저항값과 변조 신호의 크기에 따라 다르게 동작한다. The light
한편, 광원 구동 회로(300)는 외부로부터 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따라 전원 전압(Vcc)의 공급을 제어하도록 스위칭 소자인 pMOS형 전계효과 트랜지스터(FET)로 구성되는 스위칭부(340)와 스위칭부(340)의 스위칭 동작(ON/OFF)에 의하여 녹색 레이저(Green Laser)에 일정 전류를 공급하는 정전류원(330)을 포함한다. 정전류원(330)은 녹색 레이저의 광 출력 턴온 지연(Turn-on delay)을 단축시키기 위하여 자동 광 출력 제어부(320)에 추가로 연결된 것으로 스위칭부(340)의 제어에 의해 ON/OFF 동작이 이루어지게 된다.On the other hand, the light
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저 구동 회로도이다. 2 is a green laser driving circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저 구동 회로(300)의 자동 광출력 제어부(320)는 녹색 레이저(GREEN Laser)로부터 출력되는 광의 일부를 받아 전류 신호로 변환하는 모니터 포토다이오드(MPD)에서 출력된 검출 전류(Impd)에 의하여 궤환 전압(Vb)이 발생되도록 저항소자(310, Rmpd)와 연결된다. 또한, 외부 변조 신호 입력(GREEN Modulation)에 대응되어 변조 전류를 출력하는 전류 미러부(370)를 포함한다. 전류 미러부(370)는 변조 신호가 입력되는 변조 신호 입력부(350)에 저항소자(400, Rmod)가 연결되며, 저항소자(400, Rmod)와 드레인이 연결되는 게이트를 공통으로 접속한 pMOS형 전계 효과 입력 트랜지스 터(Q3) 및 출력 트랜지스터(Q4)로 이루어지고, 각 트랜지스터(Q3, Q4)의 소스에는 동작제어 신호 입력부(360)에 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따라 전원 전압(Vcc)의 공급을 제어하는 스위칭부(340)와 연결되어 전원 전압(Vcc)을 공급받는다. As shown in FIG. 2, the automatic
녹색 레이저 구동 회로(300)는 동작제어 신호 입력부(360)에 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따라 스위칭부(340)에서 전원 전압(Vcc)의 공급이 제어되며, 정전류원(330)에서 녹색 레이저(GREEN Laser)의 문턱 전류정도에 구동전류(I1)를 설정된 시간동안 미리 공급한다. 이때, 변조 신호 입력부(350)에 변조 신호(GREEN, Va의 진폭 전압)가 입력되면 이에 대응되어 전류 미러부(370)에서는 각 트랜지스터(Q3, Q4)의 소스에 연결된 스위칭부(340)에서의 스위칭 동작(On/Off)에 의하여 전원 전압(Vcc)을 공급받아 출력 트랜지스터(Q4)의 드레인으로부터 변조 전류(Imod)를 수학식 1과 같이 출력한다. In the green
이때 출력되는 변조 전류(Imod)의 최대값은 모니터 포토다이오드(MPD)의 출력 전류(Impd)와 같아질 때까지 증가할 수 있으며, 이 경우 발생되는 광은 출력되지 않는다. 한편, 전류 미러부(370)의 동작을 자세히 설명하면 다음과 같다. Va=0 이면 입력 트랜지스터(Q3)가 ON 되어 (Vm-Va)/Rmod 만큼의 전류가 흐르게 되고 같은 양의 전류가 출력 트랜지스터(Q4)를 통해 저항소자(310, Rmpd)로 흘러 들어간다. 보통 Imod는 검출전류 Impd 보다 높게 설정되므로 Va=0 일 때 궤환 전류는 Imod로부터만 공급되고 Impd=0 이다. 따라서 이 경우 광 출력은 없다. 이제 Va가 Vcc와 같게 되면 입력 트랜지스터(Q3)는 OFF 상태로 되고, Imod=0이므로 저항소자(310, Rmpd)에는 Impd 만에 의한 검출 전압이 발생한다. 이 때 광 출력은 최대값이 된다. Va가 Vcc의 절반 정도가 되면 Impd와 Imod의 크기가 비슷해지고, 이 때 광 출력은 최대값의 절반 정도로 줄어든다. 이와 같은 원리에 의해 아날로그 변조 입력 신호에 대해 아날로그 광 출력이 가능하다. At this time, the maximum value of the output modulation current (Imod) may increase until the output current (Impd) of the monitor photodiode (MPD), the light generated in this case is not output. Meanwhile, the operation of the
녹색 레이저(Green Laser)로부터 출력되는 광의 일부를 수광하여 전류 신호로 변환하는 모니터 포토다이오드(MPD)의 검출전류(Impd)는 녹색 레이저의 직류 특성에 의해 결정된다. 즉, 레이저 다이오드의 직류 특성에 의해, 원하는 광 출력을 얻기 위한 레이저의 구동전류가 정해지며, 구동전류를 레이저에 흘릴 경우 발생되는 광 출력의 일부에 해당하는 모니터 포토다이오드(MPD)의 출력 전류(Impd)가 정해진다. The detection current Impd of the monitor photodiode MPD, which receives a portion of the light output from the green laser and converts the light into a current signal, is determined by the direct current characteristic of the green laser. That is, the driving current of the laser to obtain the desired light output is determined by the direct current characteristic of the laser diode, and the output current of the monitor photodiode (MPD) corresponding to a part of the light output generated when the driving current flows through the laser ( Impd) is determined.
이렇게 정해진 모니터 포토다이오드(MPD)에서 출력되는 전류(Impd)는 저항소자(310, Rmpd)를 통해 궤환 전압을 발생시키며, 이 궤환 전압은 자동 광출력 제어부(320)의 오차 증폭부(380)에서 기 설정된 기준 전압(Vref)과 비교된다. 궤환이 정상적으로 이루어져 자동 광출력 제어가 동작하게 되면 궤환 전압은 오차 증폭부(380)의 기준 전압과 같아지게 된다. 이와 같은 궤환 회로 동작을 위한 저항소자(310, Rmpd)의 저항값은 수학식 2와 같이 결정되고, 녹색 레이저의 광 출력은 저항소자(310, Rmpd)의 저항값에 따라 조절이 가능하다. The current Impd output from the monitor photodiode MPD determined as described above generates a feedback voltage through the
본 발명에서는 저항소자(310, Rmpd)의 저항값으로 광 출력에 최대치를 설정하며, 이 최대치 내에서 입력 변조 전압을 변화시킴으로써 광 출력을 조절하게 된다. In the present invention, the maximum value is set to the light output by the resistance value of the resistance element 310 (Rmpd), and the light output is adjusted by changing the input modulation voltage within this maximum value.
전류 미러부(370)로부터 출력되는 변조 전류(Imod)와 모니터 포토다이오드(MPD)로부터 출력되는 검출 전류(Impd)가 더해져서 저항소자(310, Rmpd)에 전압 강하가 발생한다. 이 전압 강하로부터 궤환 전압을 얻을 수 있으며, 궤환 전압에 따라 녹색 레이저에 광의 세기가 일정하게 유지하도록 전류원(390)에서 녹색 레이저에 공급되는 구동전류(I2)를 조정한다. 즉, 자동 광출력 제어부(320)는 널리 사용되는 APC(Automatic Power Control) 방식에서와 같이, 레이저로부터 제공되는 궤환 전류의 크기에 따라서 녹색 레이저(Green Laser)로 인가되는 구동전류를 변화시켜 녹색 레이저(Green Laser)의 레이저 광 출력이 일정하게 유지되도록 제어한다. The modulation current Imod output from the
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저 구동 회로의 동작 파형도이다.3 is an operation waveform diagram of a green laser driving circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3에서 볼 수 있듯이, 녹색 레이저 구동 회로(300)는 RGB(RED, GREEN, BLUE)순차 구동 신호 중 녹색 레이저의 입력 변조 신호에 대하여 녹색 레이저(GREEN Laser)의 광 출력일 때 광출력 P'LD의 파형은 일정한 주기로 Ton, Toff를 반복한다.(a)As shown in FIG. 3, the green
이때, 외부로부터 동작제어 신호 입력부(360)에 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따라 스위칭부(340)에서 전원 전압(Vcc)이 공급되며(b), 스위칭 부(340)의 제어에 따라 정전류원(330)에서 녹색 레이저(GREEN Laser)의 문턱 전류정도에 구동전류(I1)를 일정하게 공급한다(c). 이후, 변조 신호(GREEN) 입력에 따라 전류원(390)은 자동 광 출력 제어를 위해 동작전류(I2)를 녹색 레이저(GREEN Laser)로 공급한다(d). 녹색 레이저에 흐르는 전류는 도 3의 (e) 에서 볼 수 있듯이, I1 과 I2 의 합으로 나타낼 수 있으며,At this time, the power supply voltage Vcc is supplied from the
동작제어 신호(LD_En) 와 변조 신호(GREEN)의 시간 차이는 외부에서 입력되는 동작제어 신호(LD_En)의 타이밍을 조절하여 가변할 수 있다. 이 시간 차이(설정 시간) 동안 녹색 레이저에는 문턱 전류 만큼의 전류가 흐르게 되고, 계단형으로 미리 공급한 문턱 전류에 의해 턴온 지연 요인들을 제거할 수 있어 변조 신호가 입력 되었을 때 녹색 레이저는 이에 즉각적으로 반응하여 턴온 지연(Turn-on delay)이 줄어든 광 출력 파형을 얻을 수 있게 된다(f).The time difference between the operation control signal LD_En and the modulation signal GREEN may be changed by adjusting the timing of the operation control signal LD_En input from the outside. During this time difference (set time), green current flows as much as the threshold current, and the turn-on delay factors can be eliminated by the stepped pre-supply threshold current so that when the modulation signal is input, the green laser immediately In response, a light output waveform having a reduced turn-on delay can be obtained (f).
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저를 펌핑하기 위해 문턱 전류 구동 방법에 대한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 Nd:YVO4+KTP 결정에서의 펌핑을 나타낸 예시도이다.4 is a flowchart illustrating a threshold current driving method for pumping a green laser according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating pumping in a Nd: YVO 4 + KTP crystal according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 외부로부터 동작제어 신호 입력부(360)에 입력되는 동작제어 신호(LD_En)가「LOW」레벨이 입력(S400)되면 스위칭부(340)에서 전원 전압(Vcc)의 공급되며(S410), 정전류원(330)에서 녹색 레이저(GREEN LASER)의 문턱 전류(약 200mA)를 녹색 레이저(Green Laser)에 공급하기 시작한다(S420). 또한, 미리 정해진 설정 시간(약1 mS) 까지 녹색 레이저의 변조 신호는 「LOW」레벨을 유지하고 있으며, 광 출력은 0을 유의하여야 한다.As shown in FIG. 4, when the operation control signal LD_En input to the operation control
이때, 녹색 레이저(GREEN Laser)는 도 5에서 볼 수 있듯이 정전류원(330)으로부터 문턱 전류를 공급받아 Nd:YVO4 레이저에서 808 nm의 레이저 광을 흡수한 후(S430)(a), 808nm 레이저 광을 반사시키지 않는 막으로 코팅된 Nd:YVO4 레이저 매질의 펌핑 영역(410)에서 여기시켜 기본파 레이저 광(1064 nm)을 생성하며,(S440)(b) 기본파 레이저 광(1064nm)에 대해서 실질적으로 전부 투과하도록 열렌즈가 형성된다.In this case, as shown in FIG. 5, the green laser receives a threshold current from the constant
이후 기본파 레이저 광(1064 nm)을 반사시키지 않는 막 및 제2고조파 레이저 광(532 nm)에 대하여 높은 반사율을 막으로 코팅된 KTP 결정에서 Nd:YVO4 레이저 매질로부터 여기된 기본파 레이저 광(1064 nm)와 광학적으로 결합되고, 여기된 레이저의 방사에 의하여 레이저의 공진이 발생할 때까지 설정된 시간동안 미리 공급 받는다(S450).(c) 즉, 광의 공진은 펌핑된 기본파 레이저 광(1064 nm)의 입사각에 대응되는 반사각으로 반사시켜 공진 영역(420)이 형성된다. Then the fundamental wave laser light (1064) excited from the Nd: YVO4 laser medium in the KTP crystal coated with a film that does not reflect the fundamental wave laser light (1064 nm) and a high reflectivity film for the second harmonic laser light (532 nm). nm) and is optically coupled and pre-supplied for a set time until resonance of the laser occurs by the emission of the excited laser (S450). (c) That is, the resonance of the light is pumped fundamental wave laser light (1064 nm). The
또한, 전원 전압(Vcc)의 공급시작부터 일정한 설정 시간이 지난 후, 비로소 변조 신호가 시작되면 녹색 레이저는 외부 입력 변조 신호에 대응하여 레이저 매질에서 여기된 기본파 레이저 광(1064 nm)을 통과시켜 공진되는 영역으로부터 제2 고조파 레이저 광(532 nm)으로 변환하여 출력하기 시작한다.In addition, after a predetermined set time has passed from the start of supply of the power supply voltage Vcc, when the modulation signal starts, the green laser passes the fundamental wave laser light (1064 nm) excited in the laser medium in response to the external input modulation signal. From the resonant region, it converts to the second harmonic laser light (532 nm) and starts to output.
한편, 모니터 포토다이오드(MPD)는 녹색 레이저 광 출력의 일부를 제공받아 전류신호로 변환시켜 모니터 검출전류(Impd)를 출력한다. 검출전류(Impd)는 전류 미러부(370)로부터 출력하는 변조 전류(Imod)와 합산되어 저항소자(310, Rmpd)에 흘러 전압강하가 발생되며, 오차 증폭부(380)에서 기 설정된 기준전압(Vref)과 비 교한다. On the other hand, the monitor photodiode MPD receives a part of the green laser light output and converts it into a current signal to output the monitor detection current Impd. The detection current Impd is summed with the modulation current Imod output from the
이에 비교한 결과에 따라 전류원(390)에서 녹색 레이저(GREEN Laser)로 공급되는 구동전류(I2)를 제어하며, 미리 설정된 시간(약1mS)동안 흐르고 있는 문턱 전류(I1)에 추가하여 녹색 레이저를 구동시킴으로써 광 출력 지연시간(Turn-on delay)을 감소시키고, 외부 입력 변조 신호에 대응하여 녹색 레이저 광이 일정하게 출력된다(Turn-on, S460). 또한, 동작제어 신호 입력부(360)에 입력되는 동작제어 신호(LD_En)가「HIGH」레벨이 입력(S470)되면, 트랜지스터(Q5)가 오프(OFF)되기 때문에, 구동 회로로 전원 전압(Vcc)의 공급이 차단되어, 녹색 레이저(GREEN Laser)에는 구동전류(ILD)가 공급되지 않으며, 따라서 레이저 광은 출력되지 않는다(Turn-off, S480). According to the result of comparison, the driving current I2 supplied from the current source 390 to the green laser is controlled, and the green laser is added to the threshold current I1 flowing for a predetermined time (about 1 mS). By driving the light output delay time (Turn-on delay) is reduced, the green laser light is constantly output in response to the external input modulation signal (Turn-on, S460). In addition, when the operation control signal LD_En input to the operation control
결국, 녹색 레이저 구동 회로(300)는 외부로부터 동작제어 신호 입력부(360)에 입력되는 동작제어 신호(LD_En)에 따라 스위칭부(340)의 동작 시간동안 정전류원(330)에서 녹색 레이저(GREEN Laser)의 문턱 전류정도에 전류를 공급하며, 변조 신호에 대응되는 녹색 레이저(GREEN Laser)의 구동전류를 제어함으로써, 광출력의 지연시간(Turn-on delay)을 감소시키게 된다. As a result, the green
따라서, 동작 제어 신호 입력 (LD_En)을 스위칭부(340)에 입력시켜 전원 전압(Vcc)를 ON/OFF 시켜 설정 시간 동안만 녹색 레이저(GREEN Laser)에 문턱 전류를 추가로 공급하여 줌으로써, 턴온 지연(Turn-on delay) 감소를 위해 필요한 추가 전력 소모를 최소화 할 수 있다.Therefore, the operation control signal input LD_En is input to the
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 녹색 레이저를 펌핑하기 위한 전류 구동 방법이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다양한 실시예가 있을 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.As described above, a current driving method for pumping a green laser according to an embodiment of the present invention can be made. Meanwhile, the above description of the present invention has been described with reference to specific embodiments, but various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. There may be various embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but by the claims and equivalents of the claims.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 녹색 레이저의 변조 신호 이전에 녹색 레이저의 문턱 전류를 설정 시간 동안 미리 공급하여 줌으로써 녹색 레이저의 광 출력 지연 시간(Turn-on delay)을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 레이저를 이용한 화상 표시 시스템에서 프레임 신호와 레이저 광 출력 사이에 지연을 방지하여 안정된 광원을 얻을 수 있다.The present invention made as described above can not only reduce the turn-on delay of the green laser by supplying the threshold current of the green laser before the modulation signal of the green laser for a predetermined time, but also by using the laser. In the image display system used, a delay between the frame signal and the laser light output can be prevented to obtain a stable light source.
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