TWM464258U - 雷射裝置 - Google Patents

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TWM464258U
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laser diode
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TW102212321U
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qing-quan Li
Qi-Lun Wang
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Cleverwave Tech Inc
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Description

雷射裝置
本創作是有關於一種雷射功率控制(Laser Power Control)裝置，且特別是有關於一種利用在雷射二極體外部增加光電二極體(Photo diode)以控制雷射功率穩定的雷射裝置。
雷射裝置可以包括一雷射二極體(Laser diode)以及內部封裝一光電二極體(Photo diode)，雷射二極體會發出雷射光源，雷射二極體內部封裝的光電二極體可偵測部份雷射光，而雷射裝置可藉由自動功率控制(Automatic power control，APC)迴路來控制雷射二極體的發光強度。例如，雷射裝置可以利用光電二極體來偵測雷射光源的光功率，並以回授訊號控制雷射二極體的電流值，使得雷射二極體所發出的雷射光源可以維持一穩定的發光強度。
在一般的雷射裝置中，會將雷射二極體發光芯片(Laser Emitting Chip)以及光電二極體(Photo Diode)設計封裝在同一個雷射二極體中，以進行自動功率控制。然而，封裝在同一個雷射二極體中的光電二極體尺寸會受到限制，對於較高光功率雷射的偵測容易到達飽和，進而無法適用於較高功率的雷射裝置應用。因此，目前許多高功率的雷射二極體會省略光電二極體的設計。
然而，若省略光電二極體的設計，雷射裝置將僅能利用定電流控制(Automatic current control，ACC)迴路，也就是固定電流來控制雷射二極體的功率。定電流驅動雷射二極體無法確保雷射輸出功率穩定，而雷射二極體的輸出功率會受到溫度的影響， 當環境溫度改變或使用時間拉長致雷射裝置的溫度上升，雷射二極體輸出效率改變，進而造成雷射功率不穩定，可靠度差。
本創作提供一種雷射裝置，包括雷射二極體以及光電二極體，可以控制雷射裝置發出一功率穩定的雷射光源。
本創作提供一種雷射裝置，此雷射裝置包括一雷射二極體固定座、一光電二極體固定座、一雷射二極體、一光電二極體以及一自動功率控制迴路電路板。雷射二極體固定於雷射二極體固定座上。而光電二極體位於光電二極體固定座上，且位於雷射光光軸以外的位置上。自動功率控制迴路電路板電性連接光電二極體，並發出一電流訊號，使得雷射二極體發出一雷射光，而光電二極體偵測雷射光的光功率，並產生一反饋訊號。該自動功率控制迴路電路板比較電流訊號以及反饋訊號的強弱，並提高或降低雷射二極體驅動電流的方式，維持雷射二極體輸出的雷射光強度穩定。
綜上所述，本創作提供一種雷射裝置，此雷射裝置包括一雷射二極體以及一光電二極體。此雷射二極體會發出雷射光，而光電二極體會偵測此雷射光的光功率，進而能夠提供反饋訊號給自動功率控制迴路電路板比對，藉提高或降低驅動電流，調整雷射二極體的輸出功率，以達到控制雷射二極體輸出功率穩定的目的。
為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。
1‧‧‧雷射裝置
10‧‧‧雷射二極體固定座
20‧‧‧雷射二極體
22‧‧‧雷射芯片
30‧‧‧光電二極體固定座
40‧‧‧光電二極體
50‧‧‧自動功率控制迴路電路板
60‧‧‧光電二極體反饋訊號線
θ‧‧‧發散角
L‧‧‧雷射光
圖1為本創作第一實施例之雷射裝置結構示意圖。
圖2為本創作第一實施例之雷射裝置之輸出功率以及驅動電流隨著溫度的變化示意圖。
圖3為本創作第一實施例之雷射裝置之輸出功率隨溫度以及 時間變化示意圖。
圖4為一般雷射裝置未加光電二極體，使用定電流迴路驅動之功率隨著溫度及時間的變化示意圖
圖5為一般雷射裝置未加光電二極體，以固定電流迴路驅動之輸出功率隨溫度以及時間的變化示意圖。
圖1為本創作第一實施例之雷射裝置1結構示意圖，請參閱圖1。雷射裝置1包括一雷射二極體固定座10、一雷射二極體20、一光電二極體固定座30、光電二極體40以及自動功率控制迴路電路板50。
此外，雷射二極體20還包括一雷射芯片22，如圖1所示，雷射二極體20連接自動功率控制迴路電路板50。雷射芯片22會發射一雷射光L。在雷射芯片22發射雷射光L時，會產生熱，改變雷射裝置1的溫度，進而影響雷射芯片22的效能。
光電二極體固定座30位於雷射二極體固定座10的上方，而光電二極體40位於光電二極體固定座30上。也就是說，光電二極體40位於雷射二極體20的上方，且光電二極體40會位於雷射光L的光徑上，但會位於光軸以外的位置上。也就是說，光電二極體40會固定於雷射二極體20的側面。
須說明的是，在光學上，光軸即為雷射光L的軸心。也就是說，當雷射二極體20發出雷射光L時，光電二極體40不會干擾雷射光L的走向。取而代之的是，光電二極體40可以接受到部份雷射二極體20所發出的雷射光L。
舉例來說，本實施例中，雷射裝置1可以適用於紫光、紅光、藍光以及綠光雷射。而雷射光L的發散角θ大約為4-40度。因此，光電二極體40會位在以雷射光L光軸為中心，避開主光軸的路徑上。然而，本創作不以此為限，在其他實施案例中，雷射裝置1也可以適用於其他種類的光源。而光電二極體40的位置則可以依 照所用的光源種類進行角度及位置的調整。
另外，雷射裝置1還包括一自動功率控制迴路電路板50。在實際操作中，自動功率控制迴路電路板50會輸出一電流訊號至雷射二極體20，以使得雷射二極體20發出一雷射光。而光電二極體40會偵測雷射二極體20實際所輸出的光功率，並產生反饋訊號傳送給自動功率控制迴路電路板50，反饋訊號會藉由光電二極體反饋訊號線60傳遞至自動功率控制迴路電路板50。
接著，自動功率控制迴路電路板50把此反饋訊號與設定的電流訊號做比較，如果光電二極體40的反饋訊號較弱，則提高供應給雷射二極體20的電流，以提高雷射光L的強度，以達到設定值。反之，如果反饋訊號較強，則降低雷射二極體20的驅動電流，降低雷射光L的強度，以達到設定值。藉由自動功率控制迴路電路板50的訊號比對及改變電流，使雷射裝置1在不同溫度及長時間使用狀況下，皆能輸出穩定功率的雷射光L。須說明的是，所述光功率大小，是針對使用者對於各種雷射裝置需求為主來進行調整，本創作不以此為限。
值得一提的是，本創作是利用光電二極體40得到反饋訊號，並結合自動功率控制迴路電路板50來維持雷射二極體20輸出功率的穩定。請參閱圖2以及圖3，圖2為本創作第一實施例之雷射裝置1之功率以及電流隨著溫度的變化示意圖。而圖3為本創作第一實施例之雷射裝置1之功率隨著溫度及時間變化示意圖。從圖2的內容可知，雷射二極體20的輸出功率並未隨著溫度變化而產生巨大的差異，而驅動電流則會變動以維持雷射光輸出功率穩定。另外，從圖3的內容也可以得知，長時間操作的情況下，雷射二極體20的輸出功率依然穩定。也就是說，本創作利用光電二極體20取得反饋訊號結合自動功率控制迴路電路板50來控制雷射二極體20的發光強度可以維持穩定的輸出功率。
另外，圖4為一般雷射裝置未加光電二極體使用定電流迴路 驅動之功率隨著溫度及時間的變化示意圖。而圖5為另一雷射裝置未加光電二極體，使用定電流迴路驅動之功率隨著溫度及時間的變化示意圖。先前技術是利用定電流控制迴路，也就是利用固定電流來控制雷射二極體的輸出功率。
從圖4及圖5的內容可知，一般利用定電流的雷射裝置，雷射功率會隨著溫度的增加而跟著下降。當雷射二極體溫度上升至一定程度時，若維持固定電流驅動雷射二極體，其輸出雷射光功率甚至可能降低至幾乎為0 mW。
從圖2至圖5的內容可知，本創作使用光電二極體20取得反饋訊號，結合自動功率控制迴路電路板50來控制雷射二極體20的電流，可以使得所發出的雷射光L在不同的溫度環境中仍能維持一穩定的發光功率。
另外，不同於先前技術中，將光電二極體封裝在雷射二極體內部的結構，本創作是光電二極體40置於雷射二極體20外部。因此光電二極體40的型號以及尺寸將不會受到限制。當使用高功率的雷射二極體20時，可以選擇適合高功率的光電二極體40。
請再次參閱圖1，雷射裝置1還可以包括一聚焦透鏡(圖中未示)。聚焦透鏡位於雷射二極體20之上，並且覆蓋雷射二極體20以及光電二極體40。而雷射光L的光軸會穿過聚焦透鏡。聚焦透鏡可以用來修飾雷射光L的光型，並進行聚焦，使得雷射光L達到更好的出光性質。
綜上所述，本創作提供一種雷射裝置，此雷射裝置包括一雷射二極體以及一光電二極體。此雷射二極體會發出一雷射光，而光電二極體會偵測此雷射光的輸出功率，進而能夠針對驅動雷射二極體的電流進行調整，以達到穩定的雷射光發光強度。
以上所述僅為本創作的實施例，其並非用以限定本創作的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本創作的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本創作的專利保護範 圍內。
1‧‧‧雷射裝置
10‧‧‧雷射二極體固定座
20‧‧‧雷射二極體
22‧‧‧雷射芯片
30‧‧‧光電二極體固定座
40‧‧‧光電二極體
50‧‧‧自動功率控制迴路電路板
60‧‧‧光電二極體反請訊號線
θ‧‧‧發散角
L‧‧‧雷射光

Claims (2)

  1. 一種雷射裝置，包括：一雷射二極體固定座；一光電二極體固定座，位於該雷射二極體固定座上；一雷射二極體，位於該雷射二極體固定座上；一光電二極體，位於該光電二極體固定座上，且位於該雷射光光軸以外的位置；以及一自動功率控制迴路電路板，電性連接該光電二極體，該自動功率控制迴路電路板發出一電流訊號，使得該雷射二極體發出一雷射光，而該光電二極體偵測該雷射光的光功率，並產生一反饋訊號，該自動功率控制迴路電路板比較電流訊號以及反饋訊號的強弱，並利用提高或降低該雷射二極體驅動電流的方式，維持該雷射二極體輸出的雷射光強度穩定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置，其中該雷射裝置更可包括一聚焦透鏡，且該聚焦透鏡位於該雷射二極體之上，並覆蓋該光電二極體以及該雷射二極體，其中該雷射光光軸穿過該聚焦透鏡。
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