TWI659583B - 雷射驅動器及其雷射光源驅動方法 - Google Patents

雷射驅動器及其雷射光源驅動方法 Download PDF

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Abstract

一種雷射驅動器，其可包含控制電路、驅動電路及回授電路。控制電路可接收設定資料，並可轉換設定資料為設定訊號。驅動電路可接收設定訊號，並可根據設定訊號產生驅動電流以驅動雷射光源。回授電路可接收設定訊號及雷射光源之回授訊號，並可比對設定訊號及回授訊號以產生調整訊號。其中，驅動電路可接收調整訊號並可根據調整訊號及設定訊號調整驅動電流。

Description

雷射驅動器及其雷射光源驅動方法
本發明係有關於一種雷射驅動器，特別是一種具有同調回饋機制的雷射驅動器。本發明還涉及此雷射驅動器之雷射光源驅動方法。
請參閱第1圖、第2圖及第3圖，其係為現有之雷射驅動器之電路圖、電流輸出圖及功率輸出圖。如第1圖所示，雷射驅動器1包含驅動器11。
驅動器11接收設定資料D，並根據設定資料D產生驅動電流C以驅動雷射光源LD，並接收雷射光源LD之回授訊號F；驅動器11能根據回授訊號F調整驅動電流C，藉此使驅動電流C更為穩定。
然而，由於環境因素(如溫度)及雷射光源LD的元件誤差，雷射光源LD之回授訊號F可能會產生不穩定的現象，因此也影響了驅動器11輸出之驅動電流C，使驅動器11無法在低功率(低於額定功率的6%)下具有穩定的電流輸出及功率輸出。
第2圖為現有之雷射驅動器之電流輸出圖，其中曲線C1表示額定電流，而曲線C2表示輸出電流；由第2圖可明顯看出，雷射驅動器1的電流輸出在低功率(低於額定功率的6%)下具有極大的誤差。
第3圖為現有之雷射驅動器之功率輸出圖，其中曲線C3表示額定功率，而曲線C4表示輸出功率；由第3圖可明顯看出，雷射驅動器1的功率輸出在低功率(低於額定功率的6%)下具有極大的誤差。
另外，由上述可知，雷射光源LD之回授訊號F需要直接回授至驅動器11，因此大幅了增加了雷射驅動器1的反應時間。
另一種現有之雷射驅動器是採用光學回授機制來調整驅動電流；然而，光學回授機制的需要光二極體及額外的電流電壓轉換器，如此則會導致雷射驅動器的成本大幅提升。
另一種現有之雷射驅動器是採用溫度回授機制來調整驅動電流；然而，溫度回授機制是透過熱敏電阻及回授電路根據內部溫度來調整驅動電流，如此則會增加雷射驅動器的功率損耗。
另一種現有之雷射驅動器是同時採用光學回授機制及電流回授機制來調整驅動電流；然而，此雷射驅動器需要同時監控光訊號及電流訊號，因此會大幅增加雷射驅動器的成本及反應時間。
另一種現有之雷射驅動器是同時採用二個驅動器的雙電流驅動機制來對驅動電流進行微調；然而，此雷射驅動器需要同時採用二個驅動器，使雷射驅動器的複雜度提升且及反應時間。
因此，如何提出一種雷射驅動器，能夠有效改善習知技藝之雷射驅動器的各種缺點已成為一個刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種雷射驅動器及其驅動方法，藉此以解決習知技藝之雷射驅動器的各種問題。
根據本發明之其中一目的，提出一種雷射驅動器，其可包含控制電路、驅動電路及回授電路。控制電路可接收設定資料，並可轉換設定資料為設定訊號。驅動電路可接收設定訊號，並可根據設定訊號產生驅動電流以驅動雷射光源。回授電路可接收設定訊號及雷射光源之回授訊號，並可比對設定訊號及回授訊號以產生調整訊號。其中，驅動電路可接收調整訊號並可根據調整訊號及設定訊號調整驅動電流。
根據本發明之其中一目的，再提出一種雷射光源驅動方法，其可包含下列步驟：由控制電路接收設定資料，並轉換設定資料為設定訊號；以驅動電路接收設定訊號，並根據設定訊號產生驅動電流以驅動雷射光源；透過回授電路接收設定訊號及雷射光源之回授訊號，並比對設定訊號及回授訊號以產生調整訊號；以及由驅動電路接收調整訊號並根據調整訊號及設定訊號調整驅動電流。
承上所述，依本發明之雷射驅動器及其驅動方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明之一實施例中，雷射驅動器採用同調回饋機制，其可透過穩定訊號來調整回授訊號以產生調整訊號以調整驅動電流，因此在低功率(低於額定功率的6%)下也能具有穩定的電流輸出及功率輸出。
(2)本發明之一實施例中，雷射光源之回授訊號可直接回授到雷射驅動器之回授電路，而不用回授到雷射驅動器之驅動電路，因此使雷射驅動器的反應時間大幅降低。
(3)本發明之一實施例中，雷射驅動器僅需要接收雷射光源的回授訊號即可調整驅動電流，且不需要採用光二極體、熱敏電阻及其它額外的電路元件，故使雷射驅動器的成本、功率損耗及複雜度大幅降低。
(4)本發明之一實施例中，雷射驅動器之回授電路可以包含數位類比轉換器，其可以將數位訊號轉換為類比訊號，使線性驅動器可根據類比訊號對數位訊號進行微調以補償線性驅動器的元件誤差，使線性驅動器輸出之穩定訊號更為精確，故可以使雷射驅動器的電流輸出及功率輸出更為穩定。
(5)本發明之一實施例中，雷射驅動器之回授電路可包含濾波器，其可消除線性驅動器之雜訊，使線性驅動器輸出之穩定訊號更為精確，故可使雷射驅動器的電流輸出及功率輸出更為穩定。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之雷射驅動器及其驅動方法之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第4圖，其係為本發明之第一實施例之雷射驅動器之方塊圖。如圖所示，雷射驅動器2可包含控制電路22、驅動電路21及回授電路23。
控制電路22可接收設定資料D，並可轉換設定資料D為設定訊號S。
驅動電路21可與控制電路22及雷射光源LD連接；驅動電路21可接收設定訊號S，並可根據設定訊號S產生驅動電流C以驅動雷射光源LD；在一實施例中，雷射光源LD可為雷射二極體(Laser diode)。
回授電路23可與控制電路22、驅動電路21及雷射光源LD連接；回授電路23可接收設定訊號S及雷射光源LD之回授訊號F，並可比對設定訊號S及回授訊號F以產生調整訊號Ad。
然後，驅動電路21可接收調整訊號Ad並可根據調整訊號Ad及設定訊號S調整驅動電流C。
由於環境因素(如溫度)及雷射光源LD的元件誤差，雷射光源LD之回授訊號F可能會產生不穩定的現象。然而，由上述可知，本實施例之雷射驅動器2可採用同調回饋機制；換句話說，控制電路22可將設定訊號S傳送至驅動電路21以產生驅動電流C驅動雷射光源LD；此外，控制電路22可同時將設定訊號S傳送至回授電路23，使回授電路23可對回授訊號F進行處理以產生更為穩定的調整訊號Ad；故驅動電路21可根據穩定的調整訊號Ad及設定訊號S調整驅動電流C；因此雷射驅動器2在低功率(低於額定功率的6%)下也能具有穩定的電流輸出及功率輸出。
另外，在本實施例中，回授訊號F可直接回授到雷射驅動器2之回授電路23，而不用回授到雷射驅動器2之驅動電路21，因此使雷射驅動器2的反應時間大幅降低。
請參閱第5圖，其係為本發明之第一實施例之流程圖。本實施例之雷射驅動器2採用之驅動方法可包含下列步驟：
步驟S51：由控制電路接收設定資料，並轉換設定資料為設定訊號。
步驟S52：以驅動電路接收設定訊號，並根據設定訊號產生驅動電流以驅動雷射光源。
步驟S53：透過回授電路接收設定訊號及雷射光源之回授訊號，並比對設定訊號及回授訊號以產生調整訊號。
步驟S54：由驅動電路接收調整訊號並根據調整訊號及設定訊號調整驅動電流。
值得一提的是，由於環境因素(如溫度)及雷射光源的元件誤差，雷射光源之回授訊號可能會產生不穩定的現象，而現有之雷射驅動器無法有效地補償環境因素及雷射光源的元件誤差；因此，現有之雷射驅動器在低功率(低於額定功率的6%)下無法具有穩定的電流輸出及功率輸出。相反的，根據本揭露之實施例，雷射驅動器採用同調回饋機制，其可透過穩定訊號來調整回授訊號以產生調整訊號以調整驅動電流，因此在低功率(低於額定功率的6%)下也能具有穩定的電流輸出及功率輸出。
此外，現有之雷射驅動器需要透過驅動器直接接收雷射光源之回授訊號，因此大幅了增加了雷射驅動器的反應時間。相反的，根據本發明之實施例，雷射光源之回授訊號可直接回授到雷射驅動器之回授電路，而不用回授到雷射驅動器之驅動電路，因此使雷射驅動器的反應時間可以大幅降低。
請參閱第6圖，其係為本發明之第二實施例之雷射驅動器之電路圖。如圖所示，雷射驅動器3可包含控制器32、幫浦驅動器31及回授模組33。
控制器32可接收設定資料D，並可以轉換設定資料D為設定訊號S。
幫浦驅動器31可與控制器32及雷射光源LD連接；幫浦驅動器31可接收設定訊號S，並可根據設定訊號S產生驅動電流C以驅動雷射光源LD。
回授模組33可包含解碼器331、數位類比轉換器332、線性驅動器333、濾波器334及運算放大器335。
解碼器331可與控制器32連接；解碼器331可接收設定訊號S，並解碼設定訊號S以產生數位訊號DS，並可同時傳送數位訊號DS至數位類比轉換器332及線性驅動器333。
數位類比轉換器332可接收數位訊號DS，並可轉換數位訊號DS以產生類比訊號AS，並可傳送類比訊號AS至線性驅動器333。
線性驅動器333可接收數位訊號DS及類比訊號AS，並可根據數位訊號DS及類比訊號AS產生輸出訊號US，並可傳送輸出訊號US至濾波器334。其中，由於線性驅動器333可能具有元件誤差，因此輸入至線性驅動器333的數位訊號DS則可能會產生振盪的現象；然而，在本實施例中，線性驅動器333可根據類比訊號AS對數位訊號DS進行微調以補償線性驅動器333的元件誤差，使線性驅動器333之輸出訊號US更為精確。
濾波器334可接收輸出訊號US以對輸出訊號US進行濾波以產生穩定訊號SS，並可傳送穩定訊號SS至運算放大器335。由於線性驅動器333也會產生雜訊；而濾波器334可有效地消除線性驅動器之333的雜訊，使線性驅動器333輸出之穩定訊號SS可更為精確。
運算放大器335可接收穩定訊號SS及回授訊號F；其中，穩定訊號SS可輸入至運算放大器335之反相輸入端，而回授訊號F可輸入至運算放大器335之非反相輸入端，使運算放大器335之輸出端可輸出調整訊號Ad，並可傳送調整訊號Ad至幫浦驅動器31。若是穩定訊號SS剛好等於回授訊號F，運算放大器335不會輸出調整訊號Ad至幫浦驅動器31；然而，這種情況在實際應用上較少發生。
然後，幫浦驅動器31可接收調整訊號Ad並可根據調整訊號Ad及設定訊號S調整驅動電流C，藉此使雷射驅動器3可以具有穩定的電流輸出及功率輸出。
請參閱第7圖，其係為本發明之第二實施例之雷射驅動器之電流輸出圖，其中曲線C1表示額定電流，而曲線C2表示輸出電流。如圖所示，雷射驅動器3的電流輸出即使在低功率(低於額定功率的6%)下也極為接近額定電流；因此，雷射驅動器3之同調回饋機制確實可以使雷射驅動器3可以具有穩定的電流輸出。
請參閱第8圖，其係為本發明之第二實施例之雷射驅動器之功率輸出圖，其中曲線C3表示額定功率，而曲線C4表示輸出功率。如圖所示，雷射驅動器3的功率輸出即使在低功率(低於額定功率的6%)下也極為接近額定功率；因此，雷射驅動器3之同調回饋機制確實可以使雷射驅動器3可以具有穩定的功率輸出。
由上述可知，本實施例之雷射驅動裝置3採用之同調回饋機制確實可以大幅改善雷射驅動裝置3之效能。
此外，在本實施例中，雷射驅動器3之回授模組33可包含數位類比轉換器332及濾波器333；數位類比轉換器332可以補償線性驅動器333的元件誤差，而濾波器334則可消除線性驅動器333之雜訊，故可以大幅提升同調回饋機制的優化效果。
值得一提的是，現有之雷射驅動器可能需要光二極體、熱敏電阻以及其它額外的電路元件，因此使雷射驅動器的成本、功率損耗及複雜度大幅增加。相反的，根據本發明之實施例，雷射驅動器僅需要接收雷射光源的回授訊號即可調整驅動電流，且不需要採用光二極體、熱敏電阻以及其它額外的電路元件，故使雷射驅動器的成本、功率損耗以及複雜度大幅降低。
另外，根據本發明之實施例，雷射驅動器之回授電路可以包含數位類比轉換器，其可將數位訊號轉換為類比訊號，使線性驅動器可根據類比訊號對數位訊號進行微調以補償線性驅動器的元件誤差，使線性驅動器輸出之穩定訊號更為精確，故可使雷射驅動器的電流輸出及功率輸出更為穩定。
再者，根據本發明之實施例，雷射驅動器之回授電路可包含濾波器，其可消除線性驅動器之雜訊，使線性驅動器輸出之穩定訊號更為精確，故可使雷射驅動器的電流輸出及功率輸出更為穩定。由上述可知，本發明實具進步性之專利要件。
請參閱第9A圖及第9B圖，其係為本發明之第二實施例之第一流程圖及第二流程圖。如圖所示，本實施例之雷射驅動器3採用之驅動方法可包含下列步驟：
步驟S91：控制電路接收設定資料，並轉換設定資料為設定訊號。
步驟S92：驅動電路接收設定訊號，並根據設定訊號產生驅動電流以驅動雷射光源。
步驟S93：解碼器解碼設定訊號以產生數位訊號。
步驟S94：數位類比轉換器接收數位訊號，並轉換數位訊號以產生類比訊號。
步驟S95：線性驅動器接收數位訊號及類比訊號，並根據數位訊號及類比訊號產生輸出訊號。
步驟S96：濾波器接收輸出訊號，並對輸出訊號進行濾波以產生穩定訊號。
步驟S97：運算放大器器接收穩定訊號及回授訊號。
步驟S98：穩定訊號是否等於回授訊號?若是，則回到步驟S97，若否，進入步驟S99。
步驟S99：驅動電路接收調整訊號並根據調整訊號及設定訊號調整驅動電流，並回到步驟S97。
綜上所述，根據本發明之實施例，雷射驅動器採用同調回饋機制，其可透過穩定訊號來調整回授訊號以產生調整訊號以調整驅動電流，因此在低功率(低於額定功率的6%)下也能具有穩定的電流輸出及功率輸出。
又，根據本發明之實施例，雷射光源之回授訊號可直接回授到雷射驅動器之回授電路，而不用回授到雷射驅動器之驅動電路，因此使雷射驅動器的反應時間大幅降低。
此外，根據本發明之實施例，雷射驅動器僅需要接收雷射光源的回授訊號即可調整驅動電流，而且並不需要採用光二極體、熱敏電阻以及其它額外的電路元件，故使雷射驅動器的成本、功率損耗以及複雜度大幅降低。
另外，根據本發明之實施例，雷射驅動器之回授電路可以包含數位類比轉換器，其可將數位訊號轉換為類比訊號，使線性驅動器可根據類比訊號對數位訊號進行微調以補償線性驅動器的元件誤差，使線性驅動器輸出之穩定訊號更為精確，故可使雷射驅動器的電流輸出及功率輸出更為穩定。
再者，根據本發明之實施例，雷射驅動器之回授電路可包含濾波器，其可消除線性驅動器之雜訊，使線性驅動器輸出之穩定訊號更為精確，故可使雷射驅動器的電流輸出及功率輸出更為穩定。
可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本揭露之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧現有之雷射驅動器
11‧‧‧驅動器
2‧‧‧雷射驅動器
21‧‧‧驅動電路
22‧‧‧控制電路
23‧‧‧回授電路
3‧‧‧雷射驅動器
32‧‧‧控制器
31‧‧‧幫浦驅動器
33‧‧‧回授模組
331‧‧‧解碼器
332‧‧‧數位類比轉換器
333‧‧‧線性驅動器
334‧‧‧濾波器
335‧‧‧運算放大器
LD‧‧‧雷射光源
R‧‧‧電阻
D‧‧‧設定資料
S‧‧‧設定訊號
DS‧‧‧數位訊號
AS‧‧‧類比訊號
US‧‧‧輸出訊號
SS‧‧‧穩定訊號
F‧‧‧回授訊號
Ad‧‧‧調整訊號
C‧‧‧驅動電流
C1、C2、C3、C4‧‧‧曲線
S51~S54、S91~S99‧‧‧步驟流程
第1圖 係為現有之雷射驅動器之電路圖。
第2圖 係為現有之雷射驅動器之電流輸出圖。
第3圖 係為現有之雷射驅動器之功率輸出圖。
第4圖 係為本發明之第一實施例之雷射驅動器之方塊圖。
第5圖 係為本發明之第一實施例之流程圖。
第6圖 係為本發明之第二實施例之雷射驅動器之電路圖。
第7圖 係為本發明之第二實施例之雷射驅動器之電流輸出圖。
第8圖 係為本發明之第二實施例之雷射驅動器之功率輸出圖。
第9A圖 係為本發明之第二實施例之第一流程圖。
第9B圖 係為本發明之第二實施例之第二流程圖。

Claims (20)

  1. 一種雷射驅動器，其包含有： 一控制電路，藉以接收一設定資料，並轉換該設定資料為一設定訊號； 一驅動電路，藉以接收該設定訊號，並根據該設定訊號產生一驅動電流以驅動一雷射光源；以及 一回授電路，藉以接收該設定訊號及該雷射光源之一回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生一調整訊號； 其中，該驅動電路接收該調整訊號並根據該調整訊號及該設定訊號調整該驅動電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射驅動器，其中該回授電路包含一解碼器，該解碼器解碼該設定訊號以產生一數位訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射驅動器，其中該回授電路更包含一數位類比轉換器，該數位類比轉換器接收該數位訊號，並轉換該數位訊號以產生一類比訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射驅動器，其中該回授電路更包含一線性驅動器，該線性驅動器接收該數位訊號及該類比訊號，並根據該數位訊號及該類比訊號產生一輸出訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射驅動器，其中該回授電路更包含一濾波器，該濾波器接收該輸出訊號，並對該輸出訊號進行濾波以產生一穩定訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雷射驅動器，其中該回授電路更包含一運算放大器，該運算放大器接收該穩定訊號及該回授訊號，並根據該穩定訊號及該回授訊號產生該調整訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射驅動器，其中該穩定訊號輸入至該運算放大器之一反相輸入端，該回授訊號輸入至該運算放大器之非反相輸入端，該調整訊號由該運算放大器之一輸出端輸出。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射驅動器，其中該驅動電路為一幫浦驅動器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射驅動器，其中該雷射光源為一雷射二極體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之雷射驅動器，其中該設定資料包含一電流參數、一功率參數及一頻率參數中至少之一者或以上。
  11. 一種雷射光源驅動方法，係包含下列步驟： 藉由一控制電路接收一設定資料，並轉換該設定資料為一設定訊號； 藉由一驅動電路接收該設定訊號，並根據該設定訊號產生一驅動電流以驅動一雷射光源； 藉由一回授電路接收該設定訊號及該雷射光源之一回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生一調整訊號；以及 藉由該驅動電路接收該調整訊號並根據該調整訊號及該設定訊號調整該驅動電流。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之雷射光源驅動方法，透過該回授電路接收該設定訊號及該雷射光源之該回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生該調整訊號之步驟更包含下列步驟： 藉由一解碼器解碼該設定訊號以產生一數位訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之雷射光源驅動方法，透過該回授電路接收該設定訊號及該雷射光源之該回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生該調整訊號之步驟更包含下列步驟： 藉由一數位類比轉換器接收該數位訊號，並轉換該數位訊號以產生一類比訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之雷射光源驅動方法，透過該回授電路接收該設定訊號及該雷射光源之該回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生該調整訊號之步驟更包含下列步驟： 藉由一線性驅動器接收該數位訊號及該類比訊號，並根據該數位訊號及該類比訊號產生一輸出訊號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之雷射光源驅動方法，透過該回授電路接收該設定訊號及該雷射光源之該回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生該調整訊號之步驟更包含下列步驟： 藉由一濾波器接收該輸出訊號，並對該輸出訊號進行濾波以產生一穩定訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之雷射光源驅動方法，透過該回授電路接收該設定訊號及該雷射光源之該回授訊號，並比對該設定訊號及該回授訊號以產生該調整訊號之步驟更包含下列步驟： 藉由一運算放大器器接收該穩定訊號及該回授訊號，並根據該穩定訊號及該回授訊號產生該調整訊號。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之雷射光源驅動方法，透過以該運算放大器器接收該穩定訊號及該回授訊號，並根據該穩定訊號及該回授訊號產生該調整訊號之步驟更包含下列步驟： 將該穩定訊號輸入至該運算放大器之一反相輸入端； 將該回授訊號輸入至該運算放大器之非反相輸入端；以及 由該運算放大器之一輸出端輸出該調整訊號。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之雷射光源驅動方法，其中該驅動電路為一幫浦驅動器。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之雷射光源驅動方法，其中該雷射光源為一雷射二極體。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之雷射光源驅動方法，其中該設定資料包含一電流參數、一功率參數及一頻率參數中至少之一者或以上。
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