DE69122140T2

DE69122140T2 - Treiberschaltung für Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE69122140T2
Application number: DE69122140T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ishii; Motohiko Itoh; Tomoyuki Kashiwazaki; Hiroaki Kawai; Kazumasa Moriya; Yoshihiro Oyama; Tatsuo Sasaki; Shinichi Sato; Ichiro Shinoda; Tamotsu Takahashi; Mitsuo Watanabe; Yukio Yoshikawa
Original assignee: Nidec Copal Corp; Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Nidec Precision Corp
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1991-02-07
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2011-02-08
Also published as: EP0441709A2; DE69122140D1; US5163063A; EP0441709A3; EP0441709B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Sicherheitsgewährleistung einer Treiberschaltung für Halbleiterlaser, insbesondere betrifft sie das Erkennen einer Störung des Halbleiterlasers oder eines zur Leistungssteuerung des Lasers verwendeten Photodetektors aufgrund dessen Ausfall oder Leistungsbeeinträchtigung. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem den Nachweis der Lebensdauer des Halbleiterlasers und die Technologie der Zwangsabschaltung des Halbleiterlasers im Notfall.
Üblicherweise wird ein Halbleiterlaser als eine Komponente eines Kopfs verschiedener Informationsgeräte verwendet, beispielsweise eines Informationslesekopfs eines CD-Spielers, eines Informations-Lese/Schreib- Kopfs eines optischen Plattenspeichers, eines Strichcode-Lesekopfs in dem POS-Terminal und eines Druckkopfs eines Laserstrahldruckers.
Der Halbeiterlaser ist die wichtigste Komponente in diesen verschiedenen Informationsgeräten. Wenn ein Informationsgerät unbeabsichtigt in Betrieb genommen wird, obschon der Halbleiterlaser fehlerhaft ist, sei es durch seinen Ausfall oder seine Leistungsbeeinträchtigung, so kann es zu dem Problem kommen, daß die Informationsverarbeitung nicht korrekt erfolgt. Insbesondere strahlen einige Typen von Halbleiterlasern unsichtbares Licht ab, beispielsweise Infrarotstrahlung, so daß es schwierig wäre, einen Fehler oder eine Leistungsverschlechterung des Halbleiterlasers zu erkennen. Wenn der optische Plattenspeicher oder der Laserstrahldrucker ungeachtet des Ausfalls oder der Leistungsverschlechterung des Halbleiterlasers betrieben würde, könnte aufgezeichnete Information unbeabsichtigt verlorengehen.
Außerdem sind diese Informationsgeräte im allgemeinen mit einer automatischen Leistungssteuerschaltung ausgestattet, die einen Photodetektor enthält, welcher eine Laserstrahlstärke erfaßt, um die Laserstrahlstärke in dem stabilen Betriebszustand konstant zu halten. Wenn der Halbleiterlaser ungeachtet der Tatsache, daß der Photodetektor ausgefallen ist oder seine Leistungsfähigkeit abgenommen hat, kontinuierlich betrieben wird, fließt ein überstarker Treiberstrom in den Halbleiterlaser und erzeugt die Abgabe eines abnormal starken Laserstrahls, der möglicherweise das menschliche Auge gefährlich beschädigt.
Wenn weiterhin irgendein Ausfall in den automatischen Laserleistungs- Steuermechanismus stattfindet, arbeitet die Leistungssteuerung für den Laserstrahl nicht, was die Gefahr heraufbeschwört, daß ein zu starker Laserstrahl emittiert wird. Wenn beispielsweise eine solche exzessive Strahlungsemission bei einem optischen Plattenspeicher erfolgt, wird möglicherweise die auf der optischen Platte gespeicherte Information zerstört. Wenn außerdem eine solche überstarke Emission bei einem Strichcodelaser eines POS-Terminals oder einem sogenannten Zeiger, der die gute Richtungselektivität des Laserstrahls ausnutzt, stattfindet, wird möglicherweise ein intensiver Laserstrahl auf ein menschliches Auge abgestrahlt, wodurch dieses zerstört wird. Konventionelle Halbleiterlaser-Treiberschaltungen sind nicht mit Sicherheitsmaßnahmen für den Fall ausgestattet, daß der automatische Laserleistungs-Steuermechanismus versagt.
Außerdem hat der Halbleiterlaser den Nachteil, daß er sich im Verlauf der Zeit allmählich verschlechtert, so daß seine Strahlungsemission abnimmt. Beispielsweise besitzt eine Laserdiode eine schwankende Emissionsstärke, die allmählich schwächer wird, bedingt durch eine zeitabhängige Beeinträchtigung oder durch Alterserscheinungen, selbst wenn ein konstanter Durchlaßstrom angelegt wird. Solange der automatische Laserleistungs-Steuermechanismus normal arbeitet und den Schwankungen der Laserstrahlemission folgt, wird der Laserstrahl so gesteuert, daß ein konstanter Pegel aufrechterhalten bleibt, wodurch der Durchlaß- Treiberstrom mit zunehmenden Alter der Laserdiode zunimmt. Wenn der Alterungsprozeß bis zu einem gewissen Grad fortgeschritten ist, bei dem die automatische Leistungssteuerung nicht mehr folgen kann, verringert sich die Laserstrahlstärke plötzlich und ruft einen abnormalen Zustand hervor, was zu einer unerwarteten Unwirksamkeit der Bauelemente führt.
In der jüngeren Zeit werden Halbleiterlaser hoher Leistung billig in Massenproduktion gefertigt. Wie oben erläutert, wird der Halbleiterlaser als eine Komponente eines Kopfs verschiedener Informationsinstrumente eingesetzt. Der Halbleiterlaser kann kontinuierlich einen Laserstrahl guter Richtwirkung emittieren. Deshalb ist der Laserstrahl dann sehr gefährlich und kann möglicherweise ein menschliches Auge zerstören, wenn ein überstarker Laserstrahl unbeabsichtigt wegen des Auftretens einer Abnormalität in ein menschliches Auge eindringt, oder auch dann, wenn ein schwacher Laserstrahl über längere Zeit hinweg kontinuierlich ein menschliches Auge bestrahlt. Ein derartiger Unfall kann beispielsweise dann stattfinden, wenn der Halbleiterlaser als Scanner in einem Strichcodelaser eingesetzt wird. Im übrigen kann zum Beispiel dann, wenn der Halbleiterlaser in einem Kopf eines optischen Plattenspeichers eingesetzt wird, eine Zerstörung aufgezeichneter Daten durch intensive Bestrahlung mit dem Laserstrahl stattfinden, wenn aus irgendeinem Grund die Drehzahl der optischen Platte sich verringert oder die Platte angehalten wird. Im Hinblick auf den oben angegebenen möglichen Notfall muß der Halbleiterlaser sofort abschalten, wenn die Drehung in einem Abtastmotor zum Abtasten eines Laserstrahls oder einem Spindelmotor zum Treiben einer CD und einer optischen Platte angehalten oder verlangsamt wird, oder wenn die Steuerung eines Mikrocomputers in Informationsgeräten fehlerhaft ist, oder wenn ein Kopf während des Betriebs von Informationsgeräten freigelegt wird. Aus diesem Grund wird eine Sperrschaltung geschaffen, die auf ein Sperrsignal anspricht, indem sie einen Halbleiterlaser zwangsabschaltet. Allerdings ist die herkömmliche Halbleiterlaser-Treiberschaltung mit einer einzigen Sperrschaltung ausgestattet. Wenn diese Sperrschaltung also zufälligerweise ausfällt, kann der Halbleiterlaser im Notfall nicht sofort abgeschaltet werden, so daß sich das Problem eines nicht wirksam verhinderten Unfalls stellt.
Die EP-A-0248646 beschreibt eine Halbleiterlaser-Treiberschaltung, in der eine Rückkopplungsschleife den dem Leser zugeführten Treiberstrom basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs eines detektierten Pegels des abgegebenen Leserlichts mit einem vorbestimmten Schwellenwert regelt. Außerdem vergleicht eine Emissions-Sperreinrichtung den detektierten Leserlichtpegel mit einem zweiten Schwellenpegel, der höher als der erste Schwellenpegel ist, und falls dieser zweite Schwellenpegel überschritten ist, sperrt sie die Modulation des Laserstrahls oder sperrt den Laser-Treiberstrom.

Offenbarung der Erfindung

Im Hinblick auf die oben angegebenen Probleme im Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Halbleiterlaser-Treiberschaltung anzugeben, die so arbeitet, daß sie eine auf einen Ausfall oder eine Leistungsverschlechterung des Halbleiterlasers und des Photodetektors zurückzuführende Abnormalität sofort erkennt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Sicherheitsleistung der Halbleiterlaser-Treiberschaltung, um eine übermäßige Emission des Laserstrahls zu unterbinden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Halbleiterlaser-Treiberschaltung mit hohem Sicherheitsstandard, die mit Zwangsabschaltkreisen ausgestattet ist.
Die vorliegende Erfindung schafft hierzu eine Halbleiterlaser-Treiberschaltung, welche aufweist:
einen von einer Treiberleistung getriebenen Halbleiterlaser zum Emittieren eines Laserstrahls;
einen Photodetektor zur photoelektrischen Umwandlung des Laserstrahls, um ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben;
eine Überwachungsschaltung zum Überwachen des elektrischen Signals und zum Ausgeben eines Überwachungssignals, welches bezeichnend ist für eine Intensitätsschwankung des Laserstrahls;
eine Steuerschaltung zum Vergleichen des Überwachungssignals mit einem gegebenen Referenzsignal, um entsprechend der Differenz zwischen den Signalen ein Steuersignal auszugeben;
eine Leistungsgeberschaltung, die entsprechend dem Steuersignal arbeitet, um an den Halbleiterlaser eine Treiberleistung zu geben, die die Wirkung hat, die Differenz zu Null zu machen; und
eine Abnormalitäts-Detektierschaltung zum Vergleichen des Überwachungssignals mit einem gegebenen Grenzwertsignal, welches abweichend von dem Referenzsignal eingestellt wird, um ein Abnormalitätssignal auszugeben, welches bezeichnend für das Auftreten einer Abnormalität ist;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Einstellschaltung vorgesehen ist, um ein oberes Grenzwertsignal einzustellen, welches größer ist als das Referenzsignal und kleiner ist als ein Signalpegel, der von dem Überwachungssignal während des normalen Betriebs nicht überschritten werden kann;
die Abnormalitäts-Detektierschaltung eine Einrichtung aufweist zum Vergleichen des Überwachungssignals mit dem oberen Grenzwertsignal, um eine Abnormalität nachzuweisen und ein Abnormalitätssignal auszugeben; und
eine Prüfschaltung vorgesehen ist, die während des normalen Betriebs des Halbleiterlasers arbeitet, um vorübergehend einen Pegel des oberen Grenzwertsignals unter das Referenzsignal zu senken, damit die Abnormalitäts-Detektierschaltung in der Lage ist, beabsichtigt ein Abnormalitätssignal zu erzeugen, um mit dessen Hilfe den Betrieb der Abnormalitäts-Detektierschaltung zu überprüfen.
Modifizierungen der Treiberschaltung nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches in einem Beispiel, welches zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, den technischen Zusammenhang einer Halbleiterlaser- Treiberschaltung darstellt;
Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der in Fig. 1 als Blockdiagramm dargestellten Treiberschaltung;
Fig. 3 ist ein Impulsdiagramm, welches den Betrieb der Schaltung der in Fig. 2 gezeigten Treiberschaltung veranschaulicht;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Strichcodelesers, der die in Fig. 1 gezeigte Halbleiterlaser-Treiberschaltung enthält;
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Variante der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterlaser-Treiberschaltung;
Fig. 6 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der in Fig. 5 gezeigten Schaltungsvariante;
Fig. 7 ist ein Impulsdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebs der Schaltung nach Fig. 6;
Fig. 8 ist ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Halbleiterlaser-Treiberschaltung;
Fig. 9 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der ersten Ausführungsform;
Fig. 10 ist ein Impulsdiagramm, welches den Prüfablauf bei der ersten Ausführungsform darstellt;
Fig. 11 ist ein Prüf-Flußdiagramm der ersten Ausführungsform;
Fig. 12 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels einer Halbleiterlaser-Treiberschaltung, die nützlich ist zum Verständnis der Erfindung;
Fig. 13 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm des weiteren Beispiels;
Fig. 14 bis 16 sind detaillierte Schaltungsdiagramme von Abwandlungen des weiteren Beispiels;
Fig. 17 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Variante des weiteren Beispiels der Halbleiterlaser-Treiberschaltung;
Fig. 18 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der Variante des Beispiels nach Fig. 17;
Fig. 19 ist ein Impulsdiagramm, welches den Lebensdauernachweis-Betrieb der Schaltung nach Fig. 18 veranschaulicht;
Fig. 20 ist ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Halbleiterlaser-Treiberschaltung;
Fig. 21 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der zweiten Ausführungsform;
Fig. 22 ist ein Impulsdiagramm, welches den Betrieb der dritten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 23 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines weiteren Beispiels der Halbleiterlaser-Treiberschaltung, die nützlich ist für das Verständnis der Erfindung.
Fig. 24 und 25 sind Blockdiagramme verschiedener Abwandlungen des weiteren Beispiels nach Fig. 23; und
Fig. 26 ist ein schematisches Schaltungsblockdiagramm eines Strichcode-Lesers unter Verwendung des weiteren Beispiels nach Fig. 23.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und Beispiele, die zum Verständnis technischen Hintergrund der Erfindung nützlich sind.
Ein Beispiel für eine Halbleiterlaser-Treiberschaltung, die nützlich zum Verständnis der Erfindung ist, besitzt den in Fig. 1 gezeigten grundlegenden Aufbau. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung besteht aus einer Laser-Baueinheit 1, die einen Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode 1a und einen Photodetektor in Form einer Photodiode 1b enthält. Die Photodiode 1b empfängt einen von der Laserdiode 1a abgestrahlten Laserstrahl, um diesen photoelektrisch umzuwandeln und ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. An die Photodiode 1b ist eine Überwachungsschaltung 101 angeschlossen, um das elektrische Signal zu überwachen und ein Überwachungssignal zu erzeugen, welches bezeichnend ist für die Schwankung der Laserstrahlstärke. Eine Steuerschaltung 102 ist an die Überwachungsschaltung 101 angeschlossen und vergleicht das Überwachungssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal, um entsprechend der Differenz zwischen diesen ein Steuersignal zu erzeugen. Eine Leistungsgeberschaltung 103 ist an die Steuerschaltung 102 angeschlossen, um an die Laserdiode 1a eine Treiberleistung anzulegen, die dem Steuersignal entspricht, um so die Laserdiode 1a regelnd zu betreiben und die Differenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem vorgegebenen Referenzsignal zu beseitigen oder zu eliminieren. Durch einen solchen Aufbau bilden die Laserdiode 1a, die Photodiode 1b, die Überwachungsschaltung 101, die Steuerschaltung 102 und die Leistungsgeberschaltung 103 gemeinsam eine Regelschleife, die die Wirkung hat, eine automatische Regelung der Laserstrahlstärke durchzuführen.
An die Überwachungsschaltung ist eine Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 angeschlossen, die das Überwachungssignal mit einem Grenzwertsignal vergleicht, welches auf einen anderen Wert als das Referenzsignal eingestellt ist, um eine Abnormalität zu erkennen und dabei ein Abnormalitätssignal LDNG auszugeben.
In der bevorzugten Form enthält die Steuerschaltung einen Abschaltkreis, der auf das Abnormalitäts-Signal LDNG anspricht, um die Laserdiode 1a abzuschalten oder auszuschalten.
In einer weiteren bevorzugten Form ist die Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 so aufgebaut, daß sie ein Abnormalitätssignal dann erzeugt, wenn das Überwachungssignal unter ein unteres Grenzwertsignal abfällt, welches niedriger als das Referenzsignal eingestellt ist, um dadurch eine abnormale Verringerung des Ausgangssignals entweder der Laserdiode 1a oder der Photodiode 1b anzuzeigen. Darüber hinaus ist die Abnormalitäts-Detektierschaltung so aufgebaut, daß ihr eigener Betrieb ansprechend auf ein Laserdioden-Startsignal gesperrt wird, um die Abnormalitätserkennung vorübergehend innerhalb eines gewissen Start- Zeitintervalls auszusetzen.
Wenn bei der Laserdiode, der Photodiode oder der automatischen Leistungsregelschleife ein Abnormalitätszustand eintritt, so daß das Überwachungssignal sehr stark von dem Referenzsignal abweicht, wird sofort ein Abnormalitätssignal erzeugt. Dieses Abnormalitätssignal wird zum Beispiel dann erzeugt, wenn die Laserstrahlstärke abfällt oder sich verringert oder wenn das Überwachungssignal aufgrund eines Versagens oder einer Zerstörung der Photodiode abnimmt, was eine gefährliche überschüssige Emission des Laserstahls über die Regelschleife hervorrufen würde.
Das in Fig. 1 gezeigte Blockdiagramm wird anhand der Zeichnungen ausführlich erläutert. Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der betrachteten Schaltung. Wie in der Figur dargestellt ist, besitzt die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Laser-Baueinheit 1, welche eine Laserdiode 1a enthält. Ihr Anodenanschluß ist an eine Stromversorgungsleitung Vcc angeschlossen. Außerdem enthält die Baueinheit 1 eine Photodiode 1b, die mit dem Kathodenanschluß an die gleiche Stromversorgungsleitung Vcc angeschlossen ist.
Weiterhin enthält die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Überwachungsschaltung, eine Steuerschaltung, eine Leistungsgeberschaltung und eine Abnormalitäts-Detektierschaltung. Die Überwachungsschaltung enthält einen Strom-Spannungs-Wandlerwiderstand 2, der einen von der Photodiode 1b ausgegebenen Photostrom in eine entsprechende Spannung umsetzt. Dieser Widerstand 2 ist mit einem Ende an den positiven Eingangsanschluß eines Differenzverstärkers 3 angeschlossen, dessen negativer Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß direkt miteinander verbunden sind. Deshalb arbeitet der Verstärker 3 als Puffer, um eine Impedanzwandlung zu bewirken und an seinem Ausgangsanschluß ein Überwachungssignal zu erzeugen. Das Überwachungssignal hat einen Spannungspegel, der proportional zu der Laserstrahlstärke ist, wie sie von der Photodiode 1b empfangen wird.
Die Steuerschaltung besteht aus einem integrierenden Widerstand 4, einem Differenzverstärker 5, einem Integrationskondensator 6 und einem Analogschalter 7. Der Integrationswiderstand 4 ist zwischen den Ausgangsanschluß des vorausgehenden Verstärkers 2 und den negativen Eingangsanschluß des nachfolgenden Verstärkers 5 geschaltet. Der Integrationskondensator 6 liegt zwischen dem negativen Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 5. Ferner empfängt der Empfänger 5 an seinem positiven Eingang ein eine bestimmte Spannung aufweisendes Referenzsignal. Der Widerstand 4, der Verstärker 5 und der Kondensator 6 bilden gemeinsam eine Integrierschaltung, die ein Steuersignal entsprechend der Differenz zwischen dem Überwachungssignal und dem Referenzsignal erzeugt. Außerdem ist der Analogschalter 7 zwischen den negativen Eingang und den Ausgang des Differenzverstärkers 5 gelegt. Ferner enthält die Steuerschaltung einen Abschaltkreis, bestehend aus einem UND-Gatter 24 mit einem Paar negierter Eingangsanschlüsse. Das UND-Gatter 24 empfängt an seinem einen Eingangsanschluß ein Startsignal , welches dazu dient, die Stromversorgung der Laserdiode 1a einzuleiten, und es empfängt an seinem anderen Eingangsanschluß ein Abnormalitätssignal LDNG. Das UND-Gatter 24 ist mit seinem Ausgangsanschluß an den Analogschalter 7 angeschlossen, um dessen leitenden Zustand zu steuern.
Die Leistungsgeberschaltung besteht aus einem Paar Spannungsteilerwiderstände 8 und 9, einem Treibertransistor 10 und einem Spannungs- Strom-Wandlerwiderstand 11. Der Transistor 10 ist mit seiner Basis über einen Spannungsteilerwiderstand 8 an den Ausgang des Verstärkers 5 geschaltet, sein Kollektor ist an die Kathode der Laserdiode 1a angeschlossen, und sein Emitter ist über den Widerstand 11 auf Masse gelegt.
Die Abnormalitäts-Detektierschaltung enthält einen Vergleicher 25, der mit einem negativen Eingang das Überwachungssignal und mit einem positiven Eingangsanschluß ein gegebenes Grenzwertsignal empfängt. In Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 26, 27 und 28 stellen einen Spannungspegel des Grenzwertsignals unterhalb desjenigen des Referenzsignals ein. Bei diesem Beispiel ist der Betrag des Grenzwertsignals um 5 % niedriger eingestellt als der des Referenzsignals. Der Vergleicher 25 erzeugt an seinem Ausgangsanschluß ein Bereitschaftssignal
mit einem Spannungspegel, der nach Maßgabe der relativen Pegelbeziehung zwischen dem Überwachungssignal und dem Grenzwertsignal invertiert sein kann. Die Abnormalitäts-Detektierschaltung enthält außerdem ein drei Eingänge aufweisenden UND-Gatter 30, dessen erster Eingang an den Ausgang des Vergleichers 25 angeschlossen ist, dessen zweiter, invertierter Eingang das Startsignal empfängt, und dessen dritter, invertierter Eingang das Startsignal über eine Verzögerungsschaltung 29 empfängt. Ein RS-Flipflop 31 ist mit seinem Setzeingang S an den Ausgang des UND-Gatters 30 angeschlossen. Außerdem ist eine Löschschaltung 32 an einen Rücksetzanschluß R des RS-Flipflops 31 angeschlossen, um das Flipflop 31 dann zurückzustellen, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird. Das Flipflop 31 erzeugt an seinem Ausgangsanschluß Q das Abnormalitätssignal LDNG. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die UND-Gatter 24 und 30, die Verzögerungsschaltung 29 und das Flipflop 31 aus individuellen Schaltkreiselementen ausgebildet, allerdings können diese Bauteile funktionell in einen Mikrocomputer integriert sein, der in dem Halbleiterlaser-Steuersystem vorgesehen ist.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Halbleiterlaser-Treiberschaltung beschrieben. Bezüglich des automatischen Laserleistungs-Steuerbetriebs wird zunächst, wenn das bei niedrigem Pegel aktive Startsignal auf niedrigen Pegel geschaltet wird, der Analogschalter 7 über das UND-Gatter 24 nicht-leitend gemacht, so daß die Steuerschaltung und die Leistungsgeberschaltung zu arbeiten beginnen. Gleichzeitig wird die Laserdiode 1a aktiviert, so daß sie einen Laserstrahl emittiert, und die Photodiode 1b beginnt einen Photostrom zu liefern, der proportional zur Stärke des Laserstrahls ist. Dieser Photostrom wird mit Hilfe des Strom-Spannungs-Wandlerwiderstands 2 in eine entsprechende Spannung umgesetzt. Der Pufferverstärker 3 bewirkt eine Impedanzwandlung bezüglich der entsprechenden Spannung, um an seinen Ausgangsanschluß ein Überwachungssignal zu erzeugen. Folglich besitzt dieses Überwachungssignal einen Spannungswert, der proportional ist zur Stärke des von der Photodiode 1b empfangenen Laserstrahls. Der aus dem Integrationswiderstand 4, dem Differenzverstärker 5 und dem Integrationskondensator 6 bestehende Integrator arbeitet in der Weise, daß der Integrationskondensator 6 entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen dem Referenzsignal Vref, das an den positiven Anschluß des Differenzverstärkers 5 gelegt wird, und dem an dessen negativen Eingang gelegten Überwachungssignal geregelt geladen und entladen wird. Demzufolge erzeugt der Verstärker 5 an seinem Ausgang ein Steuersignal mit einer Ausgangsspannung, die der Spannungsdifferenz entspricht. Diese Ausgangsspannung wird von dem Paar von Widerständen 8 und 9 geteilt. Die geteilte Spannung wird mit Hilfe des Treibertransistors 10 zum Treiben der Laserdiode 1a in einen Treiberstrom umgesetzt. Dieser Treiberstrom gelangt an die Laserdiode 1a, um die Spannungsdifferenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem konstanten Referenzsignal zu beseitigen oder zu eliminieren. Im stabilen Zustand wird deshalb der Spannungspegel des Überwachungssignals gleich dem des Referenzsignals gehalten, so daß die Laserstrahlstärke sich automatisch auf einen konstanten Wert einregeln laßt, ungeachtet einer Schwankung der Umgebungstemperatur und einer maßigen Verschlechterung der Laserdiode.
Wenn andererseits das Startsignal von niedrigem auf hohen Pegel zurückkehrt, wird der Analogschalter 7 über das UND-Gatter 24 leitend gemacht, so daß die elektrische Ladung des Kondensators 6 vollständig entladen wird. Demzufolge wird die Ausgangsspannung des Steuersignals gleich der Referenzspannung Vref. Das Widerstandsverhältnis der Spannungsteilerwiderstande 8 und 9 wird derart eingestellt, daß das Paar von Widerständen 8 und 9 die Ausgangsspannung, die auf die Referenzspannung abgeglichen ist, teilt, um eine geteilte Spannung zu bilden, die die Wirkung hat, den Treibertransistor 10 abzuschalten; und damit die Laserdiode 1a auszuschalten.
Als nächstes soll eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsweise der Abnormalitäts-Detektierschaltung in Verbindung mit dem in Fig. 3 dargestellten Impulsdiagramm gegeben werden. Zunächst ändert sich das Startsignal von hohem auf niedrigen Pegel, um die Aktivierung der Laserdiode 1a einzuleiten. Dieses Startsignal wird direkt an einen der invertierten Eingangsanschlüsse des UND-Gatters 30 angelegt. Dieses Startsignal gelangt getrennt durch die Verzögerungsschaltung 29 in Form eines Verzögerungssignals, welches gegenüber dem ursprünglichen Startsignal um ein gegebenes Intervall verzögert ist, beispielsweise um 1 ms, und welches anschließend auf den anderen invertierten Eingang des UND-Gatters 30 gelegt wird. Dieses Verzögerungsintervall ist auf einen größeren Wert eingestellt, als es der Zeitspanne der Anstiegszeit entspricht, während der die automatische Leseleistungssteuerung effektiv ausgeführt wird, so daß die Laserstrahlstärke einen stabilen Zustand erreicht. Wenn zum Beispiel der Integrator eine Zeitkonstante in der Größenordnung von 50 µs aufweist, wird das Verzögerungs-Zeitintervall auf 1 ms eingestellt. Als Ergebnis dieser Operation wird das UND-Gatter 30 1 ms nach Starten der Laserdiode geöffnet. Andererseits wird der Treiberstrom der Laserdiode zum Start des Emissionsvorgangs ansprechend auf die Inversion des Startsignals zugeführt. Gleichzeitig nimmt der Spannungspegel des Überwachungssignals allmählich zu. Wenn dann der Spannungspegel des Überwachungssignals den Grenzspannungspegel Vllt übersteigt, wird das von dem Vergleicher 25 gelieferte Bereitschaftssignal oder Zustandssignal
von hohem auf niedrigen Pegel umgeschaltet. Dieses Umschalten bedeutet, daß die Emission des Laserstrahls sich vom Übergangszustand in den stabilen Zustand verlagert. Wenn daher das Zustandssignal auf niedrigen Pegel umschaltet, wird eine zentrale Einrichtung oder ein Peripheriegerät in einem regulären Betriebszustand gebracht. Wie oben beschrieben, erfolgt die Inversion des Zustandssignals normalerweise während des voreingestellten Verzögerungsintervalls, und folglich durchläuft diese Umkehr-Änderung nicht das UND-Gatter 30, so daß der Ausgangspegel des RS-Flipflops sich nicht ändert. Nachdem das Überwachungssignal den Grenzwert-Spannungspegel Vllt überstiegen hat, steigt das Überwachungssignal weiter entsprechend der automatischen Laserleistungsregelung an, um schließlich den Referenzspannungspegel Vref zu erreichen, der um 5 % höher eingestellt ist als der Grenzspannungspegel Vllt. In dieser Zeit ist das Verzögerungszeitintervall verstrichen, so daß das UND-Gatter 30 geöffnet ist und die Abnormalitäts-Detektierschaltung freigibt.
Im Verlauf der Zeit kann in der Laserdiode 1a, der Photodiode 1b oder in dem automatischen Laserleistungs-Regelsystem eine Abnormalität auftreten. Der Spannungspegel des Überwachungssignals ändert sich abrupt oder fällt allmählich ab, wenn die Abnormalität durch einen Ausfall oder eine schwerwiegende Beeinträchtigung der Laserdiode 1a verursacht wird, durch einen Ausfall des automatischen Laserleistungs- Regelmechanismus hervorgerufen wird, oder durch einen Ausfall oder einen Öffnungsdefekt der Photodiode 1b verursacht wird. Wenn diese Änderung außerhalb eines regelbaren Bereichs des automatischen Laserleistungs-Regelsystems liegt, funktioniert dieser Mechanismus nicht mehr richtig und deshalb weicht der Spannungspegel des Überwachungssignals von der Referenzspannung ab, um weiter unter den Grenzspannungswert abzusinken. Wenn der Spannungspegel des Überwachungssignals den Grenzspannungspegel kreuzt, wird das Zustandssignal
durch den Vergleicher 25 von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgekehrt. Folglich zeigt das Zustandssignal
an, daß die Halbleiterlaser-Treiberschaltung sich nicht mehr im normalen Zustand befindet. Gleichzeitig wird diese Umkehränderung des Zustandsignals durch das offene UND-Gatter 30 an den Setzanschluß S des RS-Flipflops übertragen. Demzufolge wird der am Ausgangsanschluß Q des RS-Flipflops 31 auftretende Ausgangspegel von niedrigem Pegel auf hohen Pegel geändert, um ein Abnormalitätssignal LDNG zu erzeugen, welches einen Hauptrechner, beispielsweise eine CPU, und Peripheriegeräte über den Umstand informiert, daß eine Abnormalität aufgetreten ist. Außerdem wird das Abnormalitätssignal LDNG an den invertierten Eingang des UND-Gatters 24 gelegt, welches den Abschaltkreis bildet. Demzufolge wird der Analogschalter 7 leitend gemacht, d.h. daß die Steuerschaltung und die Leistungsgeberschaltung den Betrieb anhalten und demzufolge die Laserdiode 1a zwangsweise ausgeschaltet wird. Als Ergebnis laßt sich wirksam eine gefährliche überstarke Laserstrahlemission vermeiden, die ansonsten möglicherweise verursacht würde durch eine nicht mögliche automatische Laserleistungsregelung, wenn die Abnormalität nicht auf die Laserdiode, sondern auf die Photodiode zurückzuführen wäre.
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Strichcodelesers, der eine Laserquelle verwendet, die mit einer Halbleiterlaser-Treiberschaltung ausgestattet ist, um eine Anwendung einer Treiberschaltung zu veranschaulichen, die zum Verständnis der Erfindung nützlich ist. Wie in der Figur gezeigt ist, besitzt der Strichcodeleser eine Laserquelle 202, die in einem Gehäuse 201 enthalten ist. Diese Laserquelle 202 besitzt den in Fig. 1 dargestellten Schaltungsaufbau, ausgestattet mit einer Laserdiode, einem automatischen Laserleistungs-Steuerungsmechanismus und einer Abnormalitäts-Detektierschaltung. Die Laserquelle 202 emittiert einen Laserstrahl, der von einem durch einen Abtastmotor 203 gedrehten Polygonspiegel 204 abtastend reflektiert wird. Der in einer Rasterbewegung geführte Laserstrahl wird durch einen Spiegel 205 auf einen auf einem Artikel angebrachten Strichcode 206 gerichtet. Nachdem der Strichcode 206 abgetastet wurde, wird das reflektierte Licht zurückgeworfen und von einer Fokussierlinse 207 gesammelt. Das fokussierte Licht wird über einen Spiegel 208 von einem Photosensor 209 aufgenommen. Das empfangene Licht wird analysiert, um den Strichcode 206 zu lesen. Wenn bei einem solchen Aufbau eines Strichcodelesers eine Abnormalität in der Laserdiode oder einer Photodiode in der Laserquelle 202 aufgrund eines Ausfalls oder einer Verschlechterung stattfindet, wird sofort das Abnormalitätssignal ausgegeben. Der Strichcodeleser hält den Lesebetrieb ansprechend auf das Abnormalitätssignal an. Deshalb ist es möglich, den Strichcodeleder an einem fehlerhaften Lesen zu hindern, welches dann stattfinden würde, wenn der Strichcodeleser den Lesebetrieb ungeachtet des Umstands fortsetzte, daß das normale Lesen unmöglich ist, beispielsweise aufgrund einer beträchtlichen Verschlechterung der Laserdiode. Im übrigen ist es möglich, die Laserdiode an dem Emittieren eines zu starken Laserstrahls zu hindern, was durch ein Versagen der Photodiode entstehen könnte und möglicherweise ein menschliches Auge beschädigen würde.
Wie oben beschrieben, wird in der Halbleiterlaser-Treiberschaltung mit dem automatischen Laserleitungs-Steuermechanismus ein Abnormalitätssignal unmittelbar dann erzeugt, wenn eine Laserdiode oder eine Überwachungs-Photodiode an einer Qualitätsverschlechterung leidet oder ausfällt. Mit einem solchen Aufbau können Vorteile erzielt werden wie der, daß ein nicht funktionsgerechter Bauelementebetrieb unter Verwendung der Laserdiode wirksam vermieden wird und daß ein Unfall vermieden wird, der durch eine überstarke Laserstrahl-Abgabe verschuldet wird.
Eine Weiterentwicklung der oben erläuterten Schaltung, die ebenfalls ein Beispiel ist und zum Verständnis der Erfindung dient, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung besteht aus einer Laser- Baueinheit 1, die einen Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode 1a enthält, die einen Laserstrahl entsprechend einer Treiberleistung abgibt, und einen Photodetektor in Form einer PIN-Photodiode 1b enthält. Die Photodiode 1b empfängt einen von der Laserdiode 1a abgegebenen Laserstrahl, um diesen photoelektrisch umzuwandeln und ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. Eine Überwachungsschaltung 101 ist an die Photodiode 1b angeschlossen, um das elektrische Signal zu überwachen und ein Überwachungssignal zu bilden, welches bezeichnend für die Änderung der Laserstrahlstärke ist. Eine Steuerschaltung 102 ist an die Überwachungsschaltung 101 angeschlossen, um das Überwachungssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal zu vergleichen und entsprechend dem Unterschied ein Steuersignal zu erzeugen. Eine Leistungsgeberschaltung 103 ist an die Steuerschaltung 102 angeschlossen, um an die Laserdiode 1a eine Treiberleistung entsprechend dem Steuersignal anzulegen und damit die Laserdiode regulierend in der Weise zu betreiben, daß die Differenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem gegebenen Referenzsignal entfernt oder beseitigt wird. Mit einem solchen Aufbau bilden die Laserdiode 1a, die Photodiode 1b, die Überwachungsschaltung 101, die Steuerschaltung 102 und die Leistungsgeberschaltung 103 zusammen eine Regeischleife, mit der wirksam eine automatische Regelung der Laserstrahlstärke durchgeführt wird.
Außerdem enthält die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Einstellschaltung 105 zum Einstellen und Bereitstellen eines oberen Grenzwertsignals, welches größer ist als das Referenzsignal, und welches kleiner ist als ein gewisser Signalpegel, der von dem Überwachungssignal beim Normalbetrieb, d.h. während des stabilen, fehlerfreien Arbeitens des automatischen Laserleistung-Steuermechanismus nicht überschritten werden kann. Eine Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 ist an die Enstellschaltung 105 angeschlossen, um das obere Grenzwertsignal und das Überwachungssignal miteinander zu vergleichen und dadurch eine Abnormalität festzustellen, damit gegebenfalls ein Abnormalitätssignal LDOVER erzeugt wird. Diese Abnormalitäts-Detektierschaltung enthält eine Vergleicherschaltung, die wirksam wird, wenn das Überwachungssignal das obere Grenzwertsignal übersteigt, um ein Inversionssignal auszugeben, und sie enthält eine Zwischenspeicherschaltung zum Zwischenspeichern des Inversionssignals und zum andauernden Erzeugen des Abnormalitätssignals. Außerdem ist die Halbleiterlaser-Treiberschaltung mit einem Abschaltkreis ausgestattet, der auf das Abnormalitätssignal anspricht, indem er den Halbleiterlaser zwangsabschaltet.
Bei dieser Schaltung arbeitet die Abnormalitäts-Detektierschaltung, wenn das Überwachungssignal das obere Grenzwertsignal, welches höher eingestellt ist als das Referenzsignal, übersteigt, um das Abnormalitätssignal auszugeben. Deshalb tritt das Abnormalitätssignal dann auf, wenn der automatische Laserleistungs-Regelmechanismus an einer Abnormalität leidet, die möglicherweise hervorgerufen wird durch eine unzureichende Emission oder durch eine Zerstörung der Laserdiode, jedoch möglicherweise zu einer überstarken Lichtemission führt. Dieses Abnormalitätssignal wird zu über- oder untergeordneten Geräten übertragen, um Unfälle durch mögliche überstarke Strahlungsemission zu vermeiden.
Im folgenden wird die oben beschriebene und in Fig. 5 dargestellte Schaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Fig. 6 ist eine detaillierte Schaltungsskizze dieser Schaltung. Wie in der Figur zu sehen ist, besteht die Halbleiterlaser-Treiberschaltung aus einer Laser-Baueinheit, einer Überwachungsschaltung, einer Steuerschaltung, einer Leistungsgeberschaltung, einer Enstellschaltung, einer Abnormalitäts-Detektierschaltung und einem Abschaltkreis. Entsprechende Elemente wie beim vorausgehenden Beispiel sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, um das Verständnis der vorliegenden Schaltung zu erleichtem. Abweichende Punkte werden im folgenden speziell beschrieben.
Zunächst besteht die Einstellschaltung aus drei Spannungsteilerwiderständen 26, 27 und 28, die miteinander in Serie zwischen der Versorgungsspannungsleitung Vcc und Masse geschaltet sind. Eine am unteren Ende des Zwischenwiderstands 27 auftretende Spannung Vref wird als das Referenzsignal an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 5 gelegt. Eine am oberen Ende desselben Widerstands 27 auftretende Spannung Vult wird als oberes Grenzwertsignal ausgegeben. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die obere Grenzwertspannung Vult entsprechend einem Spannungsabfall am Spannungsteilerwiderstand 27 größer einstellt als die Referenzspannung Vref. Diese Differenz wird in optimaler Weise festgelegt durch entsprechende Einstellung des Widerstandswerts des Spannungsteilerwiderstands 27. Die obere Grenzwertspannung Vult wird nämlich so eingestellt, daß das Überwachungssignal die obere Grenzspannung Vult solange nicht überschreiten kann, wie der automatische Laserleitungs-Regelmechanismus im Normalbetrieb wirksam arbeitet. Die Differenz wird vorzugsweise auf 5 % - 10 % zwischen der oberen Grenzspannung Vult und der Referenzspannung Vref eingestellt.
Die Abnormalitäts-Detektierschaltung besteht aus einem Vergleicher 33, einem Zwischenspeicher in Form eines RS-Flipflops 34 und einer Löschschaltung 32. Der Vergleicher 33 empfängt an seinem positiven Eingang das Überwachungssignal, und empfängt an seinem negativen Eingang das obere Grenzwertsignal. Deshalb erzeugt der Vergleicher 33 an seinem Ausgang ein Inversionssignal dann, wenn das Überwachungssignal das obere Grenzwertsignal übersteigt. Das RS-Flipflop ist mit seinem Setzanschluß S an den Ausgang des Vergleichers 33 und ist mit seinem Rücksitzanschluß R an die Löschschaltung 32 angeschlossen. Das Flipflop 34 speichert das Inversionssignal, um an seinem Ausgangsanschluß Q ein Abnormalitätssignal LDOVER abzugeben. Die Löschschaltung 32 arbeitet, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet wird, um das Flipflop 34 zurückzusetzen und die Abnormalitäts-Detektierschaltung zu initialisieren.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 6 gezeigten Halbleiterlaser-Treiberschaltung unter Bezugnahme auf das in Fig. 7 gezeigte Impulsdiagramm erläutert. Zunächst ist der automatische Lichtleitungs- Regelbetrieb ähnlich dem Betrieb des vorhergehenden Beispiels entsprechend den Fig. 1 bis 3 und läßt sich daher leicht verstehen.
Die folgende Beschreibung bezieht sich speziell auf den Betrieb der Abnormalitäts-Detektierschaltung. Wie oben beschrieben, stimmt der Spannungspegel des Überwachungssignals im wesentlichen überein mit der Referenzspannung Vref, solange der automatische Laserleistungs- Regelmechanismus normal arbeitet. Das stabilisierte Überwachungssignal wird an den positiven Eingang des Vergleichers 33 gegeben, und an den negativen Eingang des Vergleichers 33 wird andauernd die obere Grenzspannung Vult gegeben. Diese obere Grenzspannung Vult ist höher eingestellt als die Referenzspannung Vref, so daß das sich ändernde Überwachungssignal im Normalbetrieb die obere Grenzspannung nicht übersteigen kann. Deshalb wird der Ausgangspegel des Vergleichers 33 normalerweise auf niedrigem Wert gehalten. Wenn allerdings aufgrund einer Abnormalität des automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus oder einem Kurzschlußfehler in der zur Überwachung und zum Detektieren der Laserstrahlstärke verwendeten Photodiode eine übermäßige Emission seitens der Laserdiode stattfindet, steigt der Spannungspegel des Überwachungssignals derart an, daß er den Pegel der oberen Grenzspannung übersteigt, wodurch der Ausgangspegel des Vergleichers 33 auf hohen Pegel wechselt. Nachdem der Wechsel erst einmal stattgefunden hat, sei es auch nur vorübergehend, schaltet das Flipflop 34 um, um das Abnormalitätssignal LDOVER zu erzeugen, dessen Pegel von niedrigem auf hohen Pegel wechselt. Folglich wird der in dein automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus verursachte Abnormalitätszustand nachgewiesen in Form der Pegeländerung des Abnormalitätssignals, welches dann nach außen gesendet wird. Wenn das Abnormalitätssignal LDOVER von niedrigem auf hohen Pegel wechselt, wird außerdem das UND-Gatter 24 zwangsweise geschlossen, so daß der Analogschalter 7 in den leitenden Zustand gelangt, ungeachtet des Freigabestartsignals . Folglich hält der Betrieb des automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus an, um die Laserdiode zwangsweise abzuschalten. Wenn beim vorliegenden Beispiel auch nur vorübergehend eine Abnormalität auftritt, ändert das Inversionssignal seinen Zustand, und diese Änderung wird zwischengespeichert, um dadurch das Abnormalitätssignal andauernd auszugeben. Bevor also ein ernsthafter Unfall geschehen kann, wird die Abnormalität nachgewiesen, um eine wirksame Gegenmaßnahme auszuführen.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist darauf gerichtet, die Sicherheit der Halbleiterlaser-Treiberschaltung weiter zu verbessern. Zu diesem Zweck ist in ähnlicher Weise eine Abnormalitäts-Detektierschaltung zum Nachweisen einer Abnormalität vorgesehen, die möglicherweise in der automatischen Leistungsregelschaltung auftritt. Darüber hinaus ist insbesondere eine Prüfschaltung vorgesehen, um vorläufig zu prüfen, ob die Abnormalitäts-Detektierschaltung richtig arbeitet, wenn die automatische Leistungsregelschaltung an einer Abnormalität leidet. Durch eine solche Doppelmaßnahme wird die Sicherheit der Halbleiterlaser-Treiberschaltung im Vergleich zum Stand der Technik beträchtlich gesteigert. Im allgemeinen zeigt die automatische Leistungsregelschaltung selten eine Abnormalität, so daß dementsprechend auch die Abnormalitäts-Detektierschaltung selten zum Einsatz kommt. Deshalb ist es sehr wichtig, periodisch zu prüfen, ob die Abnormalitäts-Detektierschaltung korrekt arbeitet.
Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaser- Treiberschaltung hat einen grundlegenden Aufbau, wie er in Fig. 8 gezeigt ist. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung besteht demnach aus einer Laser-Baueinheit 1, die einen Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode 1a, die entsprechend einer zugeführten Treiberleistung einen Laserstrahl emittiert, und einen Photodetektor in Form einer PIN-Photodiode 1b enthält. Die Photodiode 1b empfängt einen von der Laserdiode 1a abgestrahlten Laserstrahl, um diesen photoelektrisch umzusetzen und ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. An die Photodiode 1b ist eine Überwachungsschaltung 101 angeschlossen, um das elektrische Signal zu überwachen und ein Überwachungssignal zu erzeugen, welches bezeichnend ist für die Schwankung der Laserstrahlstärke. An die Überwachungsschaltung 101 ist eine Steuerschaltung 102 angeschlossen, um das Überwachungssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal zu vergleichen und entsprechend der Differenz zwischen den Signalen ein Steuersignal zu erzeugen. Eine Leistungsgeberschaltung 103 ist an die Steuerschaltung 102 angeschlossen, um an die Laserdiode 1a entsprechend dem Steuersignal eine Treiberleistung anzulegen und damit die Laserdiode 1a regulierend zu betreiben, damit die Differenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem gegebenen Referenzsignal beseitigt oder auf Null gebracht wird. Durch einen solchen Aufbau bilden die Laserdiode 1a, die Photodiode 1b, die Überwachungsschaltung 101, die Steuerschaltung 102 und die Leistungsgeberschaltung 103 gemeinsam eine Regeischleife, mit der wirksam eine automatische Regelung der Laserstrahlstarke durchgeführt wird.
Außerdem enthält die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Einstellschaltung 105 zum Einstellen und Bereitstellen eines oberen Grenzwertsignals, das größer ist als das Referenzsignal und kleiner ist als ein gewisser Signalpegel, der von dem Überwachungssignal im Normalbetrieb nicht überschritten werden kann, und die außerdem zum Einstellen des Referenzsignals dient. Eine Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 ist an die Einstellschaltung 105 angeschlossen, um das obere Grenzwertsignal und das Überwachungssignal miteinander zu vergleichen und eine Abnormalität zu erkennen und dann ein Abnormalitätssignal LDOVER zu erzeugen. Eine Prüfschaltung 106 ist an die Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 angeschlossen, und arbeitet, während die Laserdiode 1a normal von dem automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus betrieben wird, indem sie den Pegel des oberen Grenzwertsignals ansprechend auf ein Prüfsignal LDCHK unter das Referenzsignal absenkt, um dadurch der Abnormalitäts-Detektierschaltung Gelegenheit zu geben, mit Absicht ein Abnormalitätssignal LDOVER zu erzeugen und damit periodisch den korrekten Betrieb der Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 zu bestätigen. Die Prüfschaltung enthält einen Schaltkreis, der auf das Auftreten des Prüfsignals LDCHK anspricht, um den Pegel des oberen Grenzwertsignals unter das Referenzsignal zu senken, außerdem eine Rücksetzschaltung, die auf die Beseitigung des Prüfsignals LDCHK anspricht, indem sie eine Zwischenspeicherschaltung zurücksetzt und damit das absichtlich erzeugte Abnormalitätssignal LDOVER löscht.
Die Abnormalitäts-Detektierschaltung enthält einen Vergleicher, der dann arbeitet, wenn das Überwachungssignal das obere Grenzsignal übersteigt, indem er ein Inversionssignal ausgibt, und die Zwischenspeicherschaltung zum Zwischenspeichern des Inversionssignals, damit das Abnormalitätssignal kontinuierlich gebildet wird. Weiterhin ist die Halbleiterlaser-Treiberschaltung mit einem Abschaltkreis ausgestattet, der auf das Abnormalitätssignal anspricht, um den Halbleiterlaser zwangsweise abzuschalten.
Gemaß dem ersten Ausführungsbeispiel beobachtet die Abnormalitäts- Detektierschaltung regelmäßig das Überwachungssignal hinsichtlich des oberen Grenzwertsignals, um dann ein Abnormalitätssignal auszugeben, wenn das Überwachungssignal das obere Grenzwertsignal übersteigt, und so eine überstarke Abstrahlung eines Laserstrahls zu unterbinden. Außerdem prüft die Prüfschaltung periodisch die Abnormalitäts-Detektierschaltung, um sicherzustellen, daß die Abnormalitäts-Detektierschaltung dann korrekt arbeitet, wenn es zu einer Abnormalität in dem automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus kommt.
Im folgenden wird die erste Ausführungsform im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Fig. 9 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der ersten Ausführungsform der erfindungsgemaßen Halbleiterlaser-Treiberschaltung. Wie in der Figur zu sehen ist, besitzt die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Laser-Baueinheit 1. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung ist außerdem ausgestattet mit: einer Überwachungsschaltung, einer Steuerschaltung und einer Leistungsgeberschaltung, die den automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus bilden. Eine Abnormalitäts-Detektierschaltung ist ebenfalls vorhanden. Diese Komponenten sind dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich und lassen sich daher einfach verstehen. Die folgende Beschreibung bezieht sich folglich auf die speziell hüzugefügte Prüfschaltung.
Die Prüfschaltung besteht aus einem Schaltkreis und einer Rücksetzschaltung. Der Schaltkreis spricht auf ein von außen eingegebenes Prüfsignal LDCHK an, um den Pegel des oberen Grenzwertsignals umzuschalten unter den Pegel des Referenzsignals, damit die Abnormalitäts- Detektierschaltung anspricht und vorübergehend ein Abnormalitätssignal LDOVER2 erzeugt, wodurch ihre Betriebstüchtigkeit geprüft wird. Das Rücksetzsignal spricht an auf das Entfernen des Prüfsignals LDCHK, um das Flipflop 34 zurückzusetzen und das vorübergehend erzeugte Abnormalitätssignal LDOVER2 zu entfernen. Der Schaltkreis besteht aus einem Schalttransistor 37 und Widerständen 36, 38 und 39. Der Schalttransistor 37 besitzt einen Basisanschluß, der auf das Prüfsignal LDCHK über den Vorspannwiderstand 38 anspricht, wobei ein Kollektor über einen Spannungsteilerwiderstand 36 an den negativen Eingang des Vergleichers 33 und der Emitter auf Masse gelegt ist.
Die Rücksetzschaltung besteht aus einer Differenzierschaltung, die auf die Rückflanke des Prüfsignals LDCHK anspricht, um einen Impuls zu erzeugen, und einem Negator, der den geformten Impuls invertiert, um ein Rücksetzimpulssignal zu bilden. Die Differenzierschaltung besteht aus einem Kondensator 40 und in Reihe geschalteten Widerständen 41, 42 und 43. Der Negator besteht aus einem Transistor 44 und einem Widerstand 45. Der Transistor 44 ist mit seinem Basisanschluß an den Ausgangsanschluß der Differenzierschaltung angeschlossen, liegt mit seinem Kollektor am Rücksetzanschluß R der Flipflopschaltung 34 und liegt mit seinem Emitter auf Masse.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 9 gezeigten Halbleiterlaser-Treiberschaltung beschrieben. Als erstes sei angemerkt, daß der Betrieb der automatischen Laserleistungsregelung und der Vorgang der Abnormalitätserkennung ähnlich wie bei dem oben erläuterten Beispiel nach Fig. 5 ablaufen und daher leicht zu verstehen sind.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 die Arbeitsweise der Prüfschaltung speziell beschrieben. Das Prüfsignal LDCHK wird während einer Prüfzeitspanne von dem niedrigen Pegel auf hohen Pegel umgeschaltet. Der Prüfvorgang erfolgt, während der automatische Laserleistungs-Regelmechanismus normal arbeitet, d.h. während das Überwachungssignal auf dem Pegel der Referenzspannung Vref gehalten wird. Diese Prüfung kann jedesmal dann durchgeführt werden, wenn die Laserdiode eingeschaltet wird, oder kann periodisch durchgeführt werden, nach Maßgabe eines gegebenen Programms. Wenn das Prüfsignal LDCHK ansteigt, wird der Schalttransistor 37 eingeschaltet, so daß der Stromfluß von den in Serie geschalteten Widerständen 26, 27 und 28 auf ein Widerstandsnetzwerk 26, 35 und 36 umgeschaltet wird. Der zusammengesetzte Widerstandswert aus den Widerständen 35 und 36 ist kleiner eingestellt als derjenige der Widerstände 27 und 28, und folglich wird der Pegel der oberen Grenzspannung Vult unter den Pegel der Referenzspannung Vref gedrückt. Folglich übersteigt das auf den Referenzspannungspegel Vref gehaltene Überwachungssignal den abgesenkten oberen Grenzspannungspegel und erzeugt dadurch ein absichtliches Abnormalitätssignal. Demzufolge wird der Ausgangspegel des Vergleichers 33 invertiert, so daß das Zustands- oder Inversionssignal LDOVER1 von niedrigem auf hohen Pegel wechselt. Ansprechend auf diesen Wechsel wird das Flipflop 34 umgeschaltet, so daß das Abnormalitätssignal LDOVER2 von niedrigem Pegel auf hohen Pegel umgekehrt wird. Dieses Auftreten des beabsichtigten Abnormalitätssignal bedeutet, daß die Abnormalitäts-Detektierschaltung korrekt arbeitet. Wie oben beschrieben, wird die Laserdiode 1a automatisch abgeschaltet, wenn das Abnormalitätssignal LDOVER2 auf hohen Pegel geschaltet wird. Folglich fäht das Überwachungssignal sofort auf den Null-Pegel ab, so daß der Spannungspegel des Überwachungssignals vorübergehend unter die verschobene obere Grenzspannung Vult absinkt, so daß das Inversionssignal LDOVER1 am Ausgang des Vergleichers 33 auf niedrigen Pegel zurückkehrt Allerdings wird das Abnormalitätssignal LDOVER2 durch das Flipflop 34 kontinuierlich auf dein hohen Pegel gehalten. Wenn das Prüfsignal LDCHK von hohem auf niedrigen Pegel zurückkehrt, nachdem ein gegebenes Prüfintervall oder eine gegebene Prüfdauer verstrichen ist, setzt die Rücksetzschaltung das Flipflop 34 zurück. Folglich kehrt das Abnormalitatssignal LDOVER2 auf niedrigen Pegel zurück, womit der Wechsel zum normalen Betrieb erfolgt.
Schließlich wird das Ausfallanalyseprogramm für die Abnormalitäts- Detektierschaltung mit Hilfe der Prüfschaltung unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert. Die Ausfallanalyse wird eingeleitet, so daß das Startsignal auf den aktiven, niedrigen Pegel gelangt (der niedrige Pegel wird in dem Ablaufdiagramm nach Fig. 11 mit "L" bezeichnet), wodurch die Laserdiode eingeschaltet wird (die Laserdiode wird in dem Flußdiagramm mit "LD" bezeichnet). Nach einer gegebenen Verzögerungszeitspanne, in welcher die Laserdiode den stabilen Emissionszustand erreicht, wird das Prüfsignal LDCHK auf hohen Pegel geschaltet (der hohe Pegel ist in dem Flußdiagramm mit "H" bezeichnet), um die Flipflopschaltung 34 zu setzen. Zu dieser Zeit wird der Spannungspegel des Abnormalitätssignals LDOVER2 geprüft. Bleibt das Signal LDOVER2 auf niedrigem Pegel, wird auch der Spannungspegel des Inversionssignals LDOVER1 geprüft. Wenn das Inversionssignal LDOVER1 als Ergebnis der Prüfung hohen Pegel hat, wird angenommen, daß das Flipflop 34 defekt ist. Wenn andererseits das Signal LDOVER1 auf niedrigem Pegel ist, wird davon ausgegangen, daß die Laserdiode keinen Laserstrahl ausgibt oder der Vergleicher 33 fehlerhaft ist.
Wenn andererseits das Abnormalitätssignal LDOVER2 korrekt auf hohen Pegel geschaltet ist, wird die Laserdiode zwangsabgeschaltet. Nach dem Verstreichen einer gegebenen Verzögerungszeit wird der Spannungspegel des Signals LDOVER1 geprüft. Bleibt das Signal LDOVER1 auf hohem Pegel, wurde das Abschalten der Laserdiode nicht bewirkt, und es wird davon ausgegangen, daß das UND-Gatter 24 defekt ist. Wenn hingegen das Signal LDOVER1 seinen niedrigen Pegel wieder annimmt, wird anschließend das Prüfsignal LDCHK auf niedrigen Pegel zurückgebracht. Demzufolge wird das Flipflop 34 zurückgesetzt. Dann wird der Spannungspegel des Abnormalitätssignals LDOVER2 geprüft. Wenn das Signal LDOVER2 auf hohem Pegel bleibt, wird davon ausgegangen, daß die Flipflopschaltung 34 oder die Rücksetzschaltung defekt ist. Wenn andererseits das Signal LDOVER2 wieder niedrigen Pegel annimmt, wird das Abschalten der Laserdiode aufgehoben, so daß die Laserdiode erneut einen Laserstrahl abgibt. Schließlich wird das Startsignal auf hohen Pegel gesetzt, um die Laserdiode abzuschalten, was dem regulären Betrieb entspricht und die Fehleranalyse abschließt.

Zusatzbeispiel zum Verständnis der Erfindung

Im allgemeinen ist der automatische Laserleistungs-Regelmechanismus mit einem Photodetektor ausgestattet, der einen Laserstrahl empfängt, ferner mit einem Detektierwiderstand zum Nachweisen eines von dem Photodetektor kommenden elektrischen Signals, um ein Überwachungssignal zu erzeugen, welches bei der automatischen Laserleistungsregelung verwendet wird. Dieser Detektierwiderstand hat einen gegebenen Widerstandswert, der aufgrund seiner Beanspruchung im Laufe der Zeit schwankt. Daher ist dieses weitere Beispiel der Erfindung darauf gerichtet, die Abnormalität des automatischen Laserstrahl-Regelmechanismus unabhängig von der Beeinträchtigung des Detektierwiderstands zu überwachen und so eine abnormale oder gefährliche Laseremission zu unterbinden.
Um diesen Zweck zu erreichen, besitzt das weitere Beispiel der erfindungsgemäßen Halbleiterlaser-Treiberschaltung einen grundlegenden Aufbau, wie er in Fig. 12 gezeigt ist. Demnach besteht die Halbleiterlaser-Treiberschaltung aus einer Laser-Baueinheit 1, die einen Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode 1a und einen Photodetektor in Form einer Photodiode 1b enthält. Die Photodiode 1b empfängt einen von der Laserdiode 1a abgestrahlten Laserstrahl, um ihn photoelektrisch umzuwandeln und ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. Eine Überwachungsschaltung 101 ist an die Photodiode 1b angeschlossen, um das elektrische Signal zu überwachen und ein Überwachungssignal zu erzeugen, welches bezeichnend ist für eine Schwankung der Laserstrahlstärke. Die Überwachungsschaltung 101 enthält einen ersten Detektierwiderstand zum Nachweisen des elektrischen Signals, um daraus basierend auf den Nachweisergebnissen ein erstes Überwachungssignal zu erzeugen, und besitzt einen zweiten Detektierwiderstand, der an den ersten Detektierwiderstand angeschlossen ist, um ein zu dem ersten Überwachungssignal in Beziehung stehendes, zweites Überwachungssignal zu erzeugen, basierend auf den Detektierergebnissen. Eine Steuerschaltung 102 ist an die Überwachungsschaltung 101 angeschlossen, um das erste Überwachungssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal zu vergleichen und abhängig von dem Unterschied zwischen den Signalen ein Steuersignal zu erzeugen. Eine Leistungsgeberschaltung 103 ist mit der Steuerschaltung 102 verbunden, um an die Laserdiode 1a eine Treiberleistung zu legen, die von dem Steuersignal abhängt, damit die Laserdiode 1a geregelt angesteuert wird und die Differenz zwischen dem sich ändernden ersten Überwachungssignal und dem gegebenen Referenzsignal gelöscht oder zu Null gemacht wird. Durch einen solchen Aufbau bilden die Laserdiode 1a, die Photodiode 1b, die Überwachungsschaltung 101, die Steuerschaltung 102 und die Leistungsgeberschaltung 103 gemeinsam eine Regelschleife, welche die automatische Regelung der Laserstrahlstärke vornimmt.
Eine Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 ist an die Überwachungsschaltung 101 angeschlossen, um das zweite Überwachungssignal mit einem Grenzwertsignal zu vergleichen, welches anders als das Referenzsignal eingestellt ist, damit eine Abnormalität erfaßt und dementsprechend ein Abnormalitätssignal LDNG erzeugt wird.
In einem Beispiel enthält die Steuerschaltung 102 einen Abschaltkreis, der auf das Abnormalitätssignal LDNG anspricht, um die Laserdiode 1a ab- oder auszuschalten.
Bei einem weiteren Beispiel ist die Abnormalitäts-Detektierschaltung 104 so aufgebaut, daß sie dann ein Abnormalitätssignal erzeugt, wenn das zweite Überwachungssignal unter ein unteres Grenzwertsignal abfällt, welches niedriger eingestellt ist als das Referenzsignal, und wenn das zweite Überwachungssignal ein oberes Grenzwertsignal übersteigt, welches höher als das Referenzsignal eingestellt ist, um auf diese Weise das Auftreten einer Abnormalität der Halbleiterlaser-Treiberschaltung zu signalisieren.
Darüber hinaus besitzt die Überwachungsschaltung das Paar aus den miteinander in Reihe geschalteten ersten und zweiten Detektierwiderständen, eine erste Schaltung zum Erzeugen des ersten Überwachungssignals gemäß einer Potentialdifferenz, die sich an dem ersten Detektierwiderstand einstellt, und eine zweite Schaltung zum Erzeugen des zweiten Überwachungssignals entsprechend einer Potentialdifferenz, die an dem zweiten Detektierwiderstand zustande kommt.
Gemäß dem weiteren Beispiel wird sofort ein Abnormalitäts-Signal erzeugt, wenn eine Abnormalität in der Laserdiode, der Photodiode oder der automatischen Leistungsregeischleife auftritt, derzufolge sich das zweite Überwachungssignal deutlich in Bezug auf das Referenzsignal ändert. Dieses Abnormalitäts-Signal wird zum Beispiel dann erzeugt, wenn die Laserstrahlstärke aufgrund eines Ausfalls oder einer Verschlechterung der Laserdiode sinkt oder sich verringert, oder wenn das erste Überwachungssignal aufgrund eines Ausfalls oder eines Durchbruchs der Photodiode schwankt, was möglicherweise eine gefährliche überstarke Emission des Laserstrahls durch die Regelschleife hervorrufen könnte.
Insbesondere werden gemaß dem weiteren Beispiel das erste und das zweite Überwachungssignal mit Hilfe eines Paares untereinander verbundener Detektierwiderstände gebildet. Wenn daher das Widerstandsverhältnis der beiden Detektierwiderstände durch zeitlich bedingte Beeinträchtigung schwankt, ändert sich das zweite Überwachungssignal für die Abnormalitäts-Erfassung in Korrelation mit dem ersten Überwachungssignal für die automatische Laserleistungsregelung, um dadurch eine Abnormalität erkennen zu können, die durch die Detektierwiderstände selbst hervorgerufen wird. Im folgenden wird ein weiteres Beispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Fig. 13 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm des weiteren Beispiels der erfindungsgemaßen Halbleiterlaser-Treiberschaltung. Wie in der Figur dargestellt ist, besitzt die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Laser-Baueinheit 1, die eine Laserdiode 1a enthält. Deren Anode ist mit einer Spannungsversorgungsleitung Vcc verbunden. Außerdem enthält die Baueinheit 1 eine Photodiode 1b, die mit ihrer Kathode an die gleiche Spannungsversorgungsleitung Vcc angeschlossen ist.
Außerdem besteht die Halbleiterlaser-Treiberschaltung aus einer Überwachungsschaltung, einer Steuerschaltung, einer Leistungsgeberschaltung und einer Abnormalitäts-Detektierschaltung. Die Überwachungsschaltung besitzt einen Strom-Spannungs-Wandler-Widerstand oder einen ersten Detektierwiderstand 2, der einen von der Photodiode 1b ausgegebenen Photostrom in eine entsprechende Spannung umsetzt und zwischen der Anode der Photodiode 1b und der Masseleitung liegt. Dieser veränderliche Widerstand 2 ist mit seinem einen Ende an den positiven Anschluß eines Differenzverstärkers 3 angeschlossen, dessen negativer Eingang mit seinem Ausgang direkt gekoppelt ist. Daher arbeitet der Verstärker 3 als Puffer, welcher eine Impedanzwandlung bewirkt, um ein erstes Überwachungssignal Vdet1 an seinem Ausgangsanschluß zu erzeugen. Das erste Überwachungssignal besitzt einen Spannungspegel, der proportional zu der von der Photodiode 1b empfangenen Laserstrahlstärke ist.
Die Überwachungsschaltung enthält außerdem einen veränderlichen zweiten Detektierwiderstand 63, der in Reihe zwischen der Photodiode 1b und den ersten Detektierwiderstand 2 liegt. Dieser Widerstand 63 ist mit einem Anschluß an einen positiven Eingang eines Differenzverstärkers 64 angeschlossen, der mit seinem negativen Eingangsanschluß an seinen Ausgangsanschluß gekoppelt ist. Deshalb arbeitet der Verstärker 64 als Puffer und erzeugt an seinem Ausgangsanschluß eine Spannung, die der Potentialdifferenz an dem in Serie geschalteten Paar aus dem ersten und dem zweiten Detektierwiderstand 2 und 63 entspricht. Der Verstärker 64 ist mit seinem Ausgangsanschluß über Spannungsteilerwiderstände 68 und 69 an einen positiven Eingang eines Differenzverstärkers 65 angeschlossen, und der Verstärker 3 ist mit seinem Ausgangsanschluß über einen Spannungsteilerwiderstand 66 an einem negativen Eingangsanschluß desselben Differenzverstärkers 65 angeschlossen. Dieser Verstärker 65 ist mit einem Ausgangsanschluß über einen Spannungsteilerwiderstand 67 an seinem negativen Eingang gekoppelt. Deshalb erzeugt der Differenzverstärker 65 an seinem Ausgangsanschluß ein zweites Überwachungssignal Vdet2, das proportional zu einer Potentialdifferenz ist, die sich an dem zweiten Detektierwiderstand 63 ausbildet. Wenn die Spannungsteilerwiderstände 66, 67, 68 und 69 den gleichen Widerstandswert besitzen und ein Paar veränderlicher Detektierwiderstande 2 und 63 so eingestellt ist, daß sie identischen Widerstandswert haben, besitzen das erste Überwachungssignal Vdet1 und das zweite Überwachungssignal Vdet2 gleichen Spannungspegel.
Die Steuerschaltung besteht aus einem Integrierwiderstand 4, einem Differenzverstärker 5, einem Integrierkondensator 6 und einem Analogschalter 7. Der Integrierwiderstand 6 ist zwischen dem Ausgangsanschluß des vorgeschalteten Verstärkers 3 und einem negativen Eingang des nachgeordneten Verstärkers 5 angeschlossen. Der Integrierkondensator 6 liegt zwischen dem negativen Eingang und dem Ausgang des Verstärkers 5. Außerdem empfängt der Empfänger 5 an seinem positiven Eingang ein Referenzsignal Vref mit einem vorbestimmten Spannungswert. Der Widerstand 4, der Verstärker 5 und der Kondensator 6 bilden gemeinsam eine Integrierschaltung zum Erzeugen eines Steuersignals entsprechend der Differenz zwischen dem ersten Überwachungssignal Vdet1 und dem Referenzsignal Vref. Außerdem liegt ein Analogschalter 7 zwischen dem negativen Eingang und dem Ausgang des Dffferenzverstärkers 5. Ferner enthält die Steuerschaltung einen Ausschaltkreis, bestehend aus einem UND-Gatter 24 mit einem Paar Eingangsanschlüssen. Das UND-Gatter 24 empfängt an seinem einen Eingang ein Startsignal , welches dazu dient, die Stromversorgung für die Laserdiode 1a einzuleiten, und empfängt an dem anderen Eingang ein Abnormalitätssignal LDNG. Das UND-Gatter 24 ist mit seinem Ausgang an den Analogschalter 7 angeschlossen, um dessen Leitfähigkeit zu steuern.
Die Leistungsgeberschaltung besteht aus einem Paar Spannungsteilerwiderstände 8 und 9, einem Treibertransistor 10 und einem Spannungs- Strom-Wandler-Widerstand 11. Der Transistor 10 ist mit seiner Basis über einen Spannungsteilerwiderstand 8 an den Ausgang des Verstärkers 5, mit seinem Kollektor an die Kathode der Laserdiode 1a und mit seinem Emitter über einen Widerstand 11 an Masse angeschlossen.
Die Abnormalitäts-Detektierschaltung besitzt ein Fensterpaar aus Vergleichern 25 und 33. Der eine Vergleicher 25 empfängt an seinem negativen Eingang das zweite Überwachungssignal Vdet2 und empfängt an seinem positiven Eingang ein unteres Grenzwertsignal Vllt. In Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 70, 71, 72 und 73 dienen zum Einstellen eines Spannungspegels des unteren Grenzwertsignals Vllt auf einen Wert unterhalb desjenigen des Referenzsignals Vref. Bei diesem Beispiel wird das untere Grenzwertsignal Vllt auf 5 % weniger als das Referenzsignal Vref eingestellt. Der Vergleicher 25 erzeugt an seinem Ausgangsanschluß ein Bereitschaftssignal
mit einem Spannungspegel, der entsprechend der relativen Pegelsituation zwischen dem zweiten Überwachungssignal Vdet2 und dem unteren Grenzwertsignal Vllt invertiert werden kann. Außerdem enthält die Abnormalitäts-Detektierschaltung ein drei Eingänge aufweisendes UND-Gatter 30, dessen erster Eingang an den Ausgang des Vergleichers 25 angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang das Startsignal über einen Negator 58 empfängt, und dessen dritter Eingang das Startsignal über den Negator 58 und eine Verzögerungsschaltung 29 empfängt. Ein RS-Flipflop 31 ist mit seinem Setzeingang S an einen Ausgang des UND-Gatters 30 über ein ODER-Gatter 74 angeschlossen. Außerdem ist eine Löschschaltung 32 an den Rücksetzanschluß R des RS-Flipflops 31 angeschlossen, um dieses beim Einschalten der Spannungsversorgung zurückzustellen. Das Flipflop 31 erzeugt das Abnormalitätssignal LDNG an seinem Ausgangsanschluß Q. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die UND-Gatter 24 und 30, die Verzögerungsschaltung 29, der Negator 58, das ODER-Gatter 74 und das Flipflop 31 aus individuellen Schaltungskomponenten gebildet. Allerdings lassen sich diese Komponenten funktionell in einem Mikrocomputer-Bauelement integrieren, der in dem Halbleiterlaser-Steuersystem vorgesehen ist.
Der andere Vergleicher 33 empfängt an seinem positiven Eingang des zweite Überwachungssignal Vdet2 und empfängt an seinem negativen Eingangssignal ein oberes Grenzwertsignal Vult. Dieses obere Grenzwertsignal Vult wird von einem oberen Ende des zweiten der in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderstände 70 bis 73 erhalten, und das Referenzsignal Vref wird von einem unteren Anschluß desselben Spannungsteilerwiderstands 71 erhalten. Im allgemeinen liegt das obere Grenzwertsignal Vult um 5 % bis 10 % höher als das Referensignal Vref, so daß das zweite Überwachungssignal Vdet2 das obere Grenzwertsignal Vult im Normalbetrieb nicht übersteigen kann. Der Vergleicher 33 erzeugt an seinem Ausgang ein Inversionssignal LDOVER, wenn das zweite Überwachungssignal Vdet2 das obere Grenzwertsignal Vult übersteigt. Das RS- Flipflop 31 ist mit seinem Setzeingang S über das ODER-Gatter 74 an den Ausgangsanschluß des Vergleichers 33 angeschlossen. Das Flipflop 31 speichert vorübergehend das Inversionssignal LDOVER, um an seinem Ausgangsanschluß Q das Abnormalitätssignal LDON auszugeben.
Gemäß dem weiteren Beispiel wird ein Paar aus einem ersten und einem zweiten Detektierwiderstand dazu verwendet, ein erstes bzw. ein zweites Überwachungssignal zu bilden. Das erste Überwachungssignal dient der automatischen Laserleistungsregelung, das zweite Überwachungssignal wird für einen Abnormalitäts-Nachweis verwendet. Der erste und der zweite Detektierwiderstand sind derart miteinander verbunden, daß, wenn einer der Detektierwiderstände an einem offenen Defekt, an einem Kurzschlußdefekt oder einer Widerstandsänderung durch Alterung leidet, das Widerstandsverhältnis des Paares von Detektierwiderständen sich derart ändert, daß das zweite Überwachungssignal sich ebenso wie das erste Überwachungssignal verschiebt. Führt diese Verschiebung aus dem Bereich der unteren und der oberen Grenzspannung hinaus, wird das Abnormalitätssignal erzeugt. Deshalb läßt sich wirksam ein Ausfall des Detektierwiderstands selbst nachweisen. Da es höchst unwahrscheinlich ist, daß beide Detektierwiderstände gleichzeitig ausfallen, wird die relative Widerstandsänderung, die möglicherweise zwischen dem Paar von Detektierwiderständen festgestellt wird, als Ausfall erkannt, wodurch die Sicherheit der Halbleiterlaser-Treiberschaltung gesteigert wird. Im stabilen Betriebszustand ist das erste Überwachungssignal Vdet1 genauso groß wie die Referenzspannung Vref und das zweite Überwachungssignal Vdet2 wird ebenfalls vorsorglich so eingestellt, daß es mit der Referenzspannung Vref übereinstimmt. Deshalb könnte es möglich sein, ein gemeinsames Überwachungssignal dazu zu verwenden, sowohl die automatische Laserleistungsregelung als auch den Nachweis einer Abnormalität vorzunehmen, anstatt getrennte Überwachungssignale zu benutzen. Allerdings würde dann der Nachteil entstehen, daß eine Abnormalität dann nicht festgestellt werden könnte, wenn der Widerstand des einzelnen Detektierwiderstands sich ändert, weil der Pegel des Überwachungssignal mit Hilfe der automatischen Laserleistungsregelung konstant gehalten wird.
Fig. 14 zeigt eine Abwandlung des weiteren Beispiels. Die gleichen Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 13 nachfolgend versehen. Deshalb wird eine Beschreibung nur für die abweichenden Punkte angegeben. Bei dieser Abwandlung setzt sich der zweite Detektierwiderstand 63 aus einem festen Widerstand zusammen, und an den Ausgang des Differenzverstärkers 65 ist ein veränderlicher Widerstand 75 angeschlossen. Der veränderliche Widerstand 75 wird so eingeregelt, daß der stehende Pegel des zweiten Überwachungssignals Vdet2 identisch mit der Referenzspannung Vref ist. Bei diesem Beispiel wird die Änderung des ersten, veränderlichen Detektierwiderstands in Bezug auf den zweiten Detektierwiderstand geprüft, der vom stabileren, Festwert-Typ ist.
Fig. 15 zeigt eine weitere Abwandlung des weiteren Beispiels. Bei dieser Abwandlung wird ein Paar nicht invertierender Verstärker 3 und 64 dazu verwendet, Differenzverstärker zu bilden, um das erste Überwachungssignal Vdet1 und das zweite Überwachungssignal Vdet2 zu erzeugen. Deshalb kann der zusätzliche Differenzverstärker 65 im Gegensatz zu den vorhergehenden Beispielen weggelassen werden. In diesem Fall besitzen die Spannungsteilerwiderstände 66, 67, 68 und 69 vorzugsweise denselben Widerstandswert. Wenn allerdings eine relative Verstärkung zwischen dem Paar aus dem ersten und dem zweiten Überwachungssignal erwünscht ist, wird das Paar von Widerständen 67 und 68 auf gleichen Widerstandswert eingestellt, und das andere Paar von Widerständen 66 und 69 wird auf einen anderen identischen Widerstandswert eingestellt. Außerdem wird bei dieser Variante das Paar von Detektierwiderständen 2 und 63 durch Festwiderstände gebildet, und an einen Ausgangsanschluß des Verstärkers 3 ist ein veränderlicher Widerstand 76 angeschlossen, um das erste Überwachungssignal Vdet1 zum Regulieren der Laserstrahlleistung einzustellen, während ein weiterer veränderlicher Widerstand 75 am Ausgang des weiteren Verstärkers 64 liegt, um eine Einstellung des Pegels oder des Offsets des zweiten Überwachungssignals Vdet2 vorzunehmen.
Fig. 16 zeigt eine weitere Variante des weiteren Beispiels. Während die vorausgehenden Beispiele von einer einzelnen Spannungsquelle gespeist werden, ist dieses Beispiel so aufgebaut, daß eine positive und eine negative Spannungsversorgung verwendet werden können. Der Verstärker 3 erzeugt ein erstes Überwachungssignal Vdet1 mit einem Spannungswert, der identisch einem Spannungsabfall ist, der an dem ersten Detektierwiderstand 2 entsteht, wenn er von einem Photostrom seitens der Photodiode 1b durchflossen wird. Der weitere Verstärker 64 gibt ein zweites Überwachungssignal Vdet2 mit einer Spannung aus, die dem Spannungsabfall am zweiten Detektierwiderstand 63 entspricht, wenn der Photostrom durch den Widerstand 63 fließt. Folglich wird kein zusätzlicher Differenzverstärker 65 benötigt, wie es bei dem vorausgehenden Beispiel der Fall war.
Eine Halbleiterlaser-Treiberschaltung kann optional einen grundlegenden Aufbau aufweisen, wie er in Fig. 17 dargestellt ist, wobei es sich ebenfalls um ein Beispiel handelt, welches dem Verständnis der Erfindung dient. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung besteht aus einer Laser-Baueinheit 1, die einen Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode 1a enthält, die auf ein Startsignal anspricht, um aufgrund eines Treiberstroms einen Laserstrahl zu emittieren und einen Photodetektor in Form einer Photodiode ld enthält, um den emittierten Laserstrahl zu empfangen. Eine Überwachungsschaltung 101 ist an die Photodiode 1b angeschlossen, um ein für eine Änderung der Laserstrahlstärke bezeichnendes Überwachungssignal zu erzeugen. Eine Steuerschaltung 102 ist an die Überwachungsschaltung 101 angeschlossen, um das Überwachungssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal zu vergleichen und entsprechend der Differenz zwischen den Signalen ein Steuersignal zu erzeugen. Eine Leistungsgeberschaltung 103 ist an die Steuerschaltung 102 angeschlossen, um an die Laserdiode 1a eine Treiberleistung oder einen Treiberstrom zu liefern, abhängig von dem Steuersignal, um die Laserdiode 1a in der Weise geregelt zu treiben, daß die Differenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem gegebenen Referenzsignal beseitigt oder eliminiert wird. Mit einem solchen Aufbau bilden die Laserdiode 1a, die Photodiode 1b, die Überwachungsschaltung 101, die Steuerschaltung 102 und die Leistungsgeberschaltung 103 gemeinsam eine Regelschleife, welche eine automatische Regelung der Laserstrahlstärke durchführt.
Ferner ist an die Überwachungsschaltung 101 eine Lebensdauererkennungsschaltung 107 angeschlossen, um die Anstiegszeit des Überwachungssignals in Abhängigkeit des Startsignals zu erfassen und abhängig von einer Verzögerung der Anstiegszeit ein Alarmsignal auszugeben. An die Lebensdauererkennungsschaltung 107 ist eine Anzeigeschaltung 108 angeschlossen, um einen Verschleißzustand der Laserdiode 1a abhängig von dem Alarmsignal anzuzeigen. Vorzugsweise enthält die Lebensdauererkennungsschaltung mehrere Verzögerungsschaltungen zum schrittweisen Messen der Verzögerung der Anstiegszeit des Überwachungssignals nach dem Auftreten des Startsignals. Außerdem enthält die Lebensdauererkennungsschaltung vorzugsweise einen Vergleicher zum Erkennen der Anstiegszeit des Überwachungssignals, wenn ein Spannungspegel des Überwachungssignals einen gegebenen Pegel eines Grenzwertsignals übersteigt, welcher niedriger als ein Spannungspegel des Referenzsignals eingestellt ist.
Mit dem Fortschreiten der altersbedingten Verschleißerscheinungen der Laserdiode wird zusätzlicher Durchlaß-Treiberstrom benötigt, um eine konstante Laserstrahlstärke aufrechtzuerhalten. Deshalb wird eine längere Anstiegszeit nach dem Start des Betriebs des automatischen Laserleistungsregelmechanismus bis zu einem gewissen Zeitpunkt benötigt, zu welchem die Laserstrahlstärke einen gegebenen Pegel erreicht. Deshalb verlängert sich die Anstiegszeit des Überwachungssignals entsprechend. Die Anstiegszeit des Überwachungssignals ist folglich ein Parameter, der bezeichnend ist für den Verschleißzustand oder die Alterung der Laserdiode. Im Hinblick darauf ist die Schaltung derart ausgebildet, daß eine Verzögerung der Anstiegszeit des Überwachungssignals überwacht wird, um ein Alarmsignal zu erzeugen, welches angibt, daß der Austausch der verwendeten Laserdiode ansteht.
Im folgenden wird das obige Beispiel gemäß Fig. 17 im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 18 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der Halbleiterlaser-Treiberschaltung. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, besitzt die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Lebensdauererkennungsschaltung, bestehend aus einem Vergleicher 25, drei Spannungsteilerwiderständen 26, 27 und 28, die in Serie geschaltet sind, einen Negator 58, ein Paar Verzögerungsschaltungen 59 und 60, und ein Paar D-Flipflops 61 und 62. Die drei Spannungsteilerwiderstände 26, 27 und 28 liegen in Reihe zwischen einer Spannungsversorgungsleitung Vcc und Masseleitung. Der Zwischenwiderstand 27 liefert an seinem oberen Ende die Referenzspannung Vref, die an dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 5 gelegt wird, und liefert an seinem unteren Ende die untere Grenzwertspannung Vllt, die niedriger eingestellt ist als die Referenzspannung Vref. Der Vergleicher 25 empfängt an seinem positiven Eingang die Überwachungsspannung Vdet und empfängt an seinem negativen Eingang die untere Grenzwertspannung Vllt. Bei einem solchen Aufbau arbeitet der Vergleicher 25, wenn die Überwachungsspannung Vdet die Grenzwertspannung Vllt übersteigt, um ein Inversionssignal auszugeben, welches die Wirkung hat, die Anstiegszeit der Überwachungsspannung nachzuweisen. Die erste Verzögerungsschaltung 59 empfängt über den Negator 58 das Startsignal und spricht auf eine Rückflanke des Startsignals an, indem sie ein erstes Verzögerungssignal mit einer gegebenen Verzögerungszeit von beispielsweise 400 µs ausgibt. Die zweite Verzögerungsschaltung 60 ist an die erste Verzögerungsschaltung 79 angeschlossen und spricht auf die Ausgabe des ersten Verzögerungssignals an, indem sie nach Verstreichen einer vorbestimmten Verzögerung von beispielsweise 50 µs ein zweites Verzögerungssignal erzeugt. Das erste D-Flipflop 52 empfängt an seinem Eingang CLK das erste Verzögerungssignal und empfängt an seinem D- Eingang das Inversionssignal. Folglich arbeitet das D-Flipflop 62, wenn das Inversionssignal nach dem Auftreten des ersten Verzögerungssignals erscheint, indem es an seinem Q-Ausgang ein erstes Alarmsignal ausgibt. Das zweite D-Flipflop 61 empfängt das zweite Verzögerungssignal an seinem Eingang CLK und empfängt das Inversionssignal an seinem D-Eingang. Folglich arbeitet das zweite D-Flipflop dann, wenn das Inversionssignal nach Erhalt des zweiten Verzögerung ssignals empfangen wird, um an seinen Q-Ausgang ein zweites Alarmsignal auszugeben.
Außerdem ist die Halbleiterlaser-Treiberschaltung mit einer Anzeigeschaltung ausgestattet, bestehend aus einem Oszillator-Schaltkreis 51, einer Frequenzteilerschaltung 52, drei UND-Gattern 53, 54 und 55, einer Leuchtdiode 56 und einem Widerstand 57. Das UND-Gatter 54 hat drei Eingangsanschlüsse, die an die Frequenzteilerschaltung 52, den - Ausgang des ersten Flipflops 62 bzw. den Q-Ausgang des zweiten D- Flipflops 61 angeschlossen sind. Das UND-Gatter 53 hat zwei Eingänge, die an die Oszillatorschaltung 51 bzw. an den Q-Ausgang des zweiten D-Flipflops 61 angeschlossen sind. Das UND-Gatter 55 besitzt drei Eingangsanschlüsse, die an den Ausgang des Vergleichers 25, einen invertierten Ausgangsanschluß des UND-Gatters 53 bzw. an einem invertierten Ausgangsanschluß des UND-Gatters 54 angeschlossen sind. Die Leuchtdiode 56 ist mit ihrer Anode an die Spannungsversorgungsleitung Vcc und mit ihrer Kathode über den Widerstand 57 an einenm invertierten Ausgang des UND-Gatters 55 angeschlossen. Die Oszillatorschaltung 51 erzeugt ein Anzeigesignal mit einer gegebenen Frequenz von zum Beispiel 2 Hz, und die Frequenztreiberschaltung 52 teilt das 2 Hz-Anzeigesignal in der Frequenz, um ein weiteres Anzeigesignal mit einer Frequenz von 1 Hz zu erzeugen.
Anhand des in Fig. 19 gezeigten Lebensdauererkennungs-Zeitablaufdiagramms soll der Betrieb bei der Lebensdauererkennung erläutert werden. Wenn das Startsignal von hohem auf niedrigen Pegel umschaltet, um die Laserdiode 1a einzuschalten, steigt die Laserstrahlstärke allmählich an, um den stabilen Zustand zu erlangen, während der Integrierkondensator 6 über den automatischen Laserleistungsregelmechanismus aufgeladen wird. Deshalb steigt nach dem Umschalten des Startsignals auch die Überwachungsspannung Vdet entsprechend der Änderung der Laserstrahlstärke an, um den Pegel der Referenzspannung Vref zu erreichen. Für den Fall, daß die Laserdiode 1a an einer zeitlich bedingten Verschlechterung oder Alterung leidet, ist die Emissions-Effizienz verringert, so daß der automatische Laserleistungs-Regelmechanismus in der Weise arbeitet, daß die Verringerung der Emissions-Effizienz durch Erhöhung des Durchlaßtreiberstroms kompensiert wird. Demzufolge erhöht sich das Ausmaß der Ladung des Integrierkondensators 6, wodurch sich die Anstiegszeit der Überwachungsspannung Vdet verlängert. Für den Fall, daß die Laserdiode keine Beeinträchtigung oder nur eine geringfügige Verschlechterung aufweist, ist der Anstieg der Kurve N der Überwachungsspannung relativ scharf. Im Fall der gemaßigten Alterung wird die Anstiegskurve D1 der Überwachungsspannung abgeflacht. Im Fall einer extrem fortgeschrittenen Alterung ist die Anstiegskurve D2 der Überwachungsspannung zusätzlich abgeflacht. Wenn dann schließlich der altersbedingte Ausfall stattfindet, kann die Anstiegskurve A der Überwachungsspannung die untere Grenzwertspannung Vllt, die niedriger als die Referenzspannung Vref eingestellt ist, deshalb nicht übersteigen, weil der automatische Laserleistungsregelmechanismus überhaupt nicht mehr normal arbeitet.
Der Vergleicher 25 arbeitet zu der Zeit, zu der die Anstiegskurve der Überwachungsspannung Vdet die Grenzwertspannung Vllt kreuzt, indem er sein Ausgangs-Inversionssignal von niedrigem auf hohen Pegel umschaltet. Wie aus dem Impulsdiagramm ersichtlich ist, verzögert sich der Umschaltzeitpunkt des Inversionssignals mit fortschreitender Alterung der Laserdiode. Wenn dann der Ausfall stattfindet, ändert sich das Inversionssignal überhaupt nicht mehr und bleibt demzufolge auf niedrigem Pegel. Die so nachgewiesene Anstiegszeit der Überwachungsspannung mit Hilfe des Vergleichers 25 wird mit Hilfe des Paares von D-Flipflops 61 und 62 gemessen. Wenn nämlich ein Inversionssignal D1 in das erste D-Flipflop 62 eingegeben wird, nachdem das erste Verzögerungssignal von 400 µs Verzögerungszeit in Bezug auf das Umschalten des Startsignals in den CLK-Eingang eingegeben wird, erzeugt das D-Flipflop 62 ein erstes Alarmsignal. Das erste Alarmsignal zeigt an, daß die Alterung der Laserdiode bis zu einem gewissen Maß fortgeschritten ist. Außerdem ist das zweite D-Flipflop 61 so ausgebildet, daß es ein Inversionssignal empfängt, nachdem sein CLK-Eingang das zweite Verzögerungssignal empfangen hat, welches gegenüber dem ersten Verzögerungssignal noch weiter verzögert ist. Deshalb arbeitet das zweite D-Flipflop 61 so, daß es ein Inversionssignal D1 zwischenspeichert, um das zweite Alarmsignal auszugeben. Das zweite Alarmsignal gibt an, daß die Alterung der Laserdiode ernsthaft oder extrem fortgeschritten ist.
Das UND-Gatter 54 wird geöffnet, wenn ihm das erste Alarmsignal zugeführt wird, so daß das Anzeigesignal mit einer Frequenz von 1 Hz über das UND-Gatter 55 an die Leuchtdiode 56 gegeben wird. Demzufolge blinkt die Leuchtdiode 56 mit einer Frequenz von 1 Hz. Wenn dann das zweite Alarmsignal vom Flipflop 61 ausgegeben wird, wird das UND-Gatter 53 geöffnet, so daß das andere Anzeigesignal mit einer Frequenz von 2 Hz über das UND-Gatter 55 an die Leuchtdiode 56 gelegt wird. Hierdurch blinkt die Leuchtdiode 56 mit 2 Hz, um davor zu warnen, daß sich die Laserdiode im letzten Altersabschnitt befindet.
Wenn die Überwachungsspannung Vdet nicht die untere Grenzwertspannung Vllt erreichen kann, ändert sich das Inversionssignal nicht, so daß das UND-Gatter geschlossen wird und deshalb die Leuchtdiode 56 ausgeschaltet wird, was anzeigt, daß die Laserdiode ausgefallen ist. Wie aus der obigen Beschreibung verständlich ist, startet die Anzeigeschaltung damit, ein langsames Blinken der Leuchtdiode 56 zu bewirken und damit anzuzeigen, daß die Laserdiode ausgestauscht werden sollte, um anschließend ein schnelles Blinken zu bewirken und damit anzuzeigen, daß die Laserdiode bald ausfallen wird.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung zielt darauf ab, einen Alarm zu liefern, der kennzeichnend ist dafür, daß der Austauschzeitpunkt des Halbleiterlasers naht, bevor die automatische Laserleistungsregelung wegen Alterung des Halbleiterlasers wirkungslos wird. Zu diesem Zweck besitzt die zweite Ausführungsform der erfindungsgemaßen Halbleiterlaser-Treiberschaltung den in Fig. 20 dargestellten grundlegenden Aufbau. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung enthält eine Laser-Baueinheit 1 mit einem Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode 1a, die bei einem Startsignal einen Laserstrahl aufgrund eines Treiberstroms emittiert, und einem Photodetektor in Form einer Photodiode 1b, die den emittierten Laserstrahl empfängt. Eine Überwachungsschaltung 101 ist an die Photodiode 1b angeschlossen, um ein für die Schwankung der Laserstrahlstärke bezeichnendes Überwachungssignal zu erzeugen. An die Überwachungsschaltung 101 ist eine Steuerschaltung 102 angeschlossen, um das Überwachungssignal mit einem vorbestimmten Referenzsignal zu vergleichen und ein Steuersignal zu erzeugen, dessen Ausgangsspannung der Differenz zwischen den Signalen entspricht. Eine Leistungsgeberschaltung 103 ist an die Steuerschaltung 102 angeschlossen, um an die Laserdiode 1a eine Treiberleistung oder einen Treiberstrom nach Maßgabe der Ausgangsspannung zu liefern und so die Laserdiode 1a in der Weise zu regeln, daß die Differenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem gegebenen Referenzsignal beseitigt oder eliminiert wird. Bei einem solchen Aufbau bilden die Laserdiode 1a, die Photodiode 1b, die Überwachungsschaltung 101, Steuerschaltung 102 und die Leistungsgeberschaltung 103 gemeinsam eine Regeischleife zum Durchführen der automatischen Regelung der Laserstrahlstärke.
Die zweite Ausführungsform der Halbleiterlaser-Treiberschaltung enthält außerdem eine Einstellschaltung 105. Die Einstellschaltung 105 stellt eine gegebene Schwellenspannung zwischen einem stabilen Pegel der Ausgangsspannung und einem kritischen Pegel der Ausgangsspannung ein, bei welchem die Regeschleife der Schwankung der Laserleistung nicht folgen kann. Eine Lebensdauererkennungsschaltung 107 vergleicht die Ausgangsspannung der Steuerschaltung 102 mit der eingestellten Schwellenwertspannung, um ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn die Ausgangsspannung die Schwellenspannung übersteigt, also dann, wenn sie sich der kritischen Spannung nähert. Eine Anzeigeschaltung 108 ist an die Lebensdauererkennungsschaltung 107 angeschlossen, um die Tatsache zu signalisieren, daß die Laserdiode 1a sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert, und zwar visuell oder hörbar in Abhängigkeit des Alarmsignals.
In einer bevorzugten Form stellt die Einstellschaltung unterschiedliche Pegel von Schwellenspannungen stufenweise ein, und die Lebensdauererkennungsschaltung erzeugt zeitlich sequentiell unterschiedliche Alarmsignale nach Maßgabe der schrittweise eingestellten Schwellenspannung. Ein solcher Aufbau ermöglicht die zeitlich abgestufte Alarmgabe des Verschlechterungszustand der Laserdiode.
Vorzugsweise enthält die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Abnormalitäts-Detektierschaltung 104, die die Überwachungsspannung mit einer unteren Grenzwertspannung, die niedriger als die Referenzspannung ist, vergleicht, um die Anzeigeschaltung so zu steuern, daß diese anzeigt, daß die Laserdiode schließlich ihr Leben beendet hat, wenn die Überwachungsschaltung unter die untere Grenzspannung abfällt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform arbeitet die Lebensdauererkennungsschaltung so, daß sie die Ausgangsspannung der Steuerschaltung mit der Schwellenspannung vergleicht, um das Ausmaß der Verschlechterung der Laserdiode 1a zu überwachen und entsprechend dem Ausmaß der Verschlechterung ein Alarmsignal zu erzeugen. Daher läßt sich eine ernsthaft beeinträchtigte Laserdiode 1a austauschen, bevor der automatische Laserleistungsregelmechanismus seine normale Funktion in der Halbleiterlaser-Treiberschaltung einbüßt; dies gestattet den andauernden Einsatz der die Laserdiode enthaltenden Einrichtung.
Im folgenden wird diese zweite Ausführungsform anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Fig. 21 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm der zweiten Ausführungsform der effindungsgemaßen Halbleiterlaser- Treiberschaltung. Wie in der Figur gezeigt ist, besitzt die Halbleiterlaser-Treiberschaltung als Kennzeichnungsteil eine Einstellschaltung und eine Lebensdauererkennungsschaltung. Die Einstellschaltung besteht aus drei Spannungsteilerwiderständen 46, 47 und 48, die zwischen der Versorgungsspannungsleitung Vcc und der Masseleitung in Serie geschaltet sind. Der mittlere Spannungsteilerwiderstand 77 liefert eine erste Schwellenspannung Vth1 an seinem unteren Ende und liefert eine zweite Schwellenspannung Vth2 an seinem oberen Ende. Jede der Schwellenspannungen wird eingestellt zwischen dem stabilen Pegel und dem kritischen Pegel der Ausgangsspannung Vout, wobei die zweite Schwellenspannung Vth2 näher bei dem kritischen Pegel liegt als die erste Schwellenspannung Vth1. Bei dieser Ausführungsform wird die Schwellenspannung in zwei Stufen eingestellt, allerdings ist die Anzahl der Stufen nicht beschränkend.
Die Lebensdauererkennungsschaltung besteht aus einem ersten Vergleicher 50 und einem zweiten Vergleicher 49. Der erste Vergleicher 50 empfängt an seinem negativen Eingang die erste Schwellenspannung Vth1, ein positiver Eingang empfängt die Ausgangsspannung Vout. Dementsprechend erzeugt der Vergleicher 50 an seinem Ausgang ein erstes Alarmsignal, wenn die Ausgangsspannung die Schwellenspannung übersteigt. Der zweite Vergleicher 49 empfängt mit seinem negativen Eingang die zweite Schwellenspannung Vth2 und mit dem positiven Eingang die Ausgangsspannung Vout. Deshalb erzeugt der Vergleicher 49 an seinem Ausgang ein zweites Alarmsignal, wenn die Ausgangsspannung Vout die zweite Schwellenspannung Vth2 übersteigt. Die Anzeigeschaltung besteht aus einer Oszillatorschaltung 51, einer Frequenzteilerschaltung 52, drei UND-Gattern 53, 54 und 55, einer Leuchtdiode 56 und einem Widerstand 57, ähnlich wie bei dem vorhergehenden Beispiel gemaß Fig. 17 und 18.
Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung enthält außerdem eine Abnormalitäts-Detektierschaltung. Diese Schaltung besteht aus Spannungsteilerwiderständen 26, 27 und 28, die zwischen der Spannungsversorgungsleitung Vcc und der Masseleitung in Serie geschaltet sind, und einem Vergleicher 25. Der Vergleicher 25 empfängt an einem positiven Eingang eine untere Grenzwertspannung Vllt, die sich am unteren Ende des Spannungstellerwiderstands 27 bildet und an einem negativen Eingang empfängt er die Überwachungsspannung Vdet. Darüber hinaus liefert der Spannungstellerwiderstand 27 an seinem oberen Ende die Referenzspannung Vref, die, wie zuvor beschrieben, an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 5 gelegt wird. Folgllch ist die untere Grenzwertspannung Vllt niedriger eingestellt als die Referenzspannung Vref, so daß die Überwachungsspannung Vdet im Normalzustand nicht unter die untere Grenzwertspannung sinken kann. Der Vergleicher 25 erzeugt an seinem Ausgangsanschluß ein Zustandssignal
welches invertiert wird, wenn die Überwachungsspannung Vdet wegen eines Ausfalls der Laserdiode 1a unter die untere Grenzwertspannung Vllt abfällt. Das Zustandssignal
wird dem invertierten Eingang des UND- Gatters 55 zugeführt, um die Leuchtdiode 56 im Normalzustand einzuschalten und die Leuchtdiode 56 im abnormalen Zustand auszuschalten.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform der Halbleiterlaser-Treiberschaltung in Verbindung mit dem in Fig. 22 gezeigten Impulsdiagramm erläutert. Dieses Impulsdiagramm veranschaulicht die Änderung verschiedener Signale im zeitlichen Verlauf. Der Anstiegszustand bezieht sich auf das Startintervall der Emission seitens der Laserdiode, der stabile Zustand bezieht sich auf eine gewisse Zeitspanne, in der die Laserdiode im wesentlichen keine Beeinträchtigung oder allenfalls nur eine sehr geringe Beeinträchtigung zeigt. Die vorletzte Lebensdauerperiode bezieht sich auf eine Zeitspanne, in der die Beeinträchtigung der Halbleiterlaserdiode bis zu einem beträchtlichen Ausmaß fortgeschritten ist, und die letzte Zeitspanne der Lebensdauer bezieht sich auf eine Zeit, in der die Beeinträchtigung der Laserdiode ein ernsthaftes Ausmaß erreicht hat. Der abnormale Zustand betrifft eine Zeitspanne, in der die Laserdiode so weit ausgefallen ist, daß der automatische Laserleistungsregelmechanismus nicht mehr funktioniert.
Hinsichtlich des automatischen Lichtleitungsregelbetriebs wird als erstes, wenn das im niedrigen Zustand aktive Startsignal auf niedrigen Pegel geschaltet wird, der Analogschalter 7 nicht-leitend gemacht, so daß die Steuerschaltung und die Leistungsgeberschaltung damit beginnen, der Laserdiode 1a einen Durchlaß-Treiberstrom zuzuführen. Gleichzeitig wird die Laserdiode 1a aktiviert, um einen Laserstrahl zu emittieren, und die Photodiode 1b beginnt mit der Erzeugung eines Photostroms, der proportional zur Laserstrahlstärke ist. Dieser Photostrom wird mit Hilfe des Strom-Spannungs-Wandlerwiderstands 2 in eine entsprechende Spannung umgesetzt. Der Verstärker 3 bewirkt eine Impedanzwandlung bezüglich der entsprechenden Spannung, um ein Überwachungssignal in Form einer Überwachungsspannung Vdet an seinem Ausgang zu bilden. Der aus emem Integrierwiderstand 4, einem Differenzverstärker 5 und einem Integrierkondensator 6 bestehende Integrator arbeitet so, daß der Integrierkondensator 6 nach Maßgabe der Spannungsdifferenz zwischen der an dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 5 angelegten Differenzspannung Vref und der Überwachungsspannung Vdet an seinem negativen Eingang geregelt aufgeladen und entladen wird. Folglich erzeugt der Verstärker 5 an seinem Ausgangsanschluß ein Steuersignal in Fonn einer dieser Spannungsdifferenz entsprechenden Ausgangsspaimung Vout. Diese Ausgang sspannung Vout wird von dem Widerstandspaar 8 und 9 geteilt. Die geteilte Spannung wird mit Hilfe des Treibertransistors 10 in einen Durchlaß-Treiberstrom umgesetzt, um die Laserdiode 1a zu betreiben. Dieser Durchlaß-Treiberstrom wird an die Laserdiode 1a gelegt, um die Spannungsdifferenz zwischen dem sich ändernden Überwachungssignal und dem konstanten Referenzsignal zu beseitigen oder zu eliminieren. Deshalb wird im stabilen Zustand der Spannungspegel Vdet des Überwachungssignals genauso groß gehalten wie die Referenzspannung Vref, so daß die Laserstrahlstärke sich automatisch konstant einregeln läßt, ungeachtet von Schwankungen der Umgebungstemperatur und einer mäßigen Verschlechterung der Laserdiode. Gleichzeitig wird auch die Ausgangsspannung Vout des Differenzverstärkers 5 auf stabilem Pegel gehalten. Wenn andererseits das Startsignal von dem niedrigen Pegel zurückkehrt, wird der Analogschalter 7 leitend gemacht, so daß die im Kondensator 6 gespeicherte elektrische Ladung vollständig entladen wird. Demzufolge wird die Ausgangsspannung Vout des Steuersignals so groß gemacht wie die Referenzspannung Vref. Das Widerstandsverhältnis der Teilerwiderstände 8 und 9 ist so eingestellt, daß das Widerstandspaar 8 und 9 die Ausgangsspannung Vout, die auf die Referenzspannung abgeglichen ist, teilt und eine geteilte Spannung erzeugt, die den Treibertransistor 10 abschaltet und dadurch die Laserdiode 1a ausschaltet.
Als nächstes wird der Vorgang der Lebensdauererkennung beschrieben. Wie durch den vorletzten Zeitabschnitt der Lebensdauer und den letzten Zeitabschnitt der Lebensdauer angedeutet ist, wird, wenn die Beeinträchtigung der Laserdiode 1a fortgeschritten ist, stärkerer Durchlaß- Treiberstrom benötigt, so daß die Ausgangsspannung Vout des Differenzverstärkers allmählich zunimmt. Dann, im vorletzten Zeitabschnitt der Lebensdauer übersteigt die Ausgangsspannung Vout die erste Schwellenspannung Vth1, so daß der erste Vergleicher 50 an seinem Ausgang das erste Alarmsignal erzeugt, welches von niedrigem auf hohen Pegel wechselt. Demzufolge wird über die UND-Gatter 54 und 55 an die Leuchtdiode 56 ein 1 Hz-Anzeigesignal gelegt, so daß die Leuchtdiode eine mit 1 Hz blinkende Anzeige liefert, die darauf hinweist, daß die Laserdiode die vorletzte Phase ihrer Lebensdauer beginnt. Wenn die Laserdiode während dieser Zeitspanne kontinuierlich in Betrieb ist, steigt die Ausgangsspannung Vout weiter an, und sie übersteigt schließlich die zweite Schwellenspannung Vth2 innerhalb der letzten Lebensdauer-Zeitspanne. Zu dieser Zeit erzeugt der zweite Vergleicher 49 an seinem Ausgang das zweite Alarmsignal, welches von niedrigem auf hohen Pegel wechselt. Folglich wird ein 2 Hz-Anzeigesignal über die UND- Gatter 53 und 55 an die Leuchtdiode 56 gegeben, die deshalb eine mit 2 Hz blinkende Anzeige erzeugt, um zu signalisieren, daß die Laserdiode in die letzte Lebenszeitspanne eintritt. Durch einen solchen Betrieb wird die Leuchtdiode 56 so gesteuert, daß sie durch langsames Blinken signalisiert, daß die Laserdiode ausgetauscht werden muß, und durch schnelles Blinken signalisiert, daß die Laserdiode bald ausfällt.
Wenn die Laserdiode während ihrer letzten Lebensdauer-Zeitspanne noch dauernd in Betrieb ist, steigt die Ausgangsspannung Vout weiter auf den kritischen Spannungspegel an, der normalerweise in der Größenordnung von Vcc - 1,5 V liegt. Dann versagt der automatische Laserleistungsmechanismus bei seiner normalen Arbeit und gelangt in einen abnormalen Zustand. Folglich weicht die Überwachungsspannung Vdet von der Referenzspannung Vref ab, um unter die untere Grenzspannung Vllt zu sinken. Dementsprechend wird das am Ausgang des Vergleichers 25 gebildete Zustandssignal
von niedrigem auf hohen Pegel umgekehrt und schaltet dadurch die Leuchtdiode 56 aus, was anzeigt, daß die Laserdiode nicht mehr funktioniert. Abgesehen davon wird, wenn die Überwachungsspannung Vdet so steigt, daß sie den unteren Grenzspannungswert Vllt im anfänglichen Anfangszustand übersteigt, das Zustandssignal
von hohem auf niedrigen Pegel umgeschaltet. Folglich wird die Leuchtdiode 56 eingeschaltet, nachdem der Anstiegszustand vorbei ist. Solange nämlich die Leuchtdiode 50 Licht abgibt, wird hierdurch der Umstand signalisiert, daß keine Verschlechterung der Laserdiode vorliegt.
Ein weiteres Beispiel, welches für das Verständnis der Erfindung nützlich ist, besitzt mindestens zwei Sperrschaltungen, die unabhängig voneinander arbeiten. Selbst wenn also eine spezielle Sperrschaltung ausfallen sollte, arbeitet die andere Sperrschaltung noch, um die Emission durch den Halbleiterlaser unmittelbar ansprechend auf ein Sperrsignal anzuhalten.
Im folgenden wird dieses weitere Beispiel im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 23 ist ein detailliertes Schaltungsdiagramm, welches diesem Beispiel entspricht. Wie in der Figur gezeigt ist, enthält die Halbleiterlaser-Treiberschaltung eine Laser-Baueinheit 1, die einen Halbleiterlaser wie z.B. eine Laserdiode 1a zum Emittieren eines Laserstrahls enthält. Außerdem enthält die Baueinheit 1 eine PIN- Photodiode 1b, um die Stärke des emittierten Laserstrahls zu überwachen.
Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung enthält außerdem eine Stromversorgungsschaltung, die auf ein Startsignal anspricht, indem sie der Laserdiode 1a einen Treiberstrom zuführt, um eine Laseremission zu veranlassen, eine erste Sperrschaltung, die auf ein erstes Sperrsignal LDNH1 anspricht, um die Zufuhr des Treiberstroms zu der Laserdiode 1a zu sperren und eine Zwangsabschaltung herbeizuführen, und eine zweite Sperrschaltung, die unabhängig von der ersten Sperrschaltung arbeitet und auf ein zweites Sperrsignal
anspricht, um die Zufuhr des Treiberstroms zu der Laserdiode 1a zu sperren und so eine Zwangsabschaltung herbeizuführen. Die Stromversorgungsschaltung enthält eine automatische Laserleistungs-Regelschaltung für eine automatische Regelung des Treiberstroms, damit die Intensität des Laserstrahls aus der Laserdiode 1a konstant gehalten wird. Der Aufbau ist ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Die erste Sperrschaltung besitzt einen Stromsperrtransistor 12, dessen Emitter an die Versorgungsspannungsleitung Vcc, dessen Kollektor an die Anode der Laserdiode 1a angeschlossen ist, und dessen Basis über einen Widerstand 14 das erste Sperrsignal LDINH1 empfängt. Ein weiterer Widerstand 13 liegt zwischen dem Emitter und der Basis. Die zweite Sperrschaltung enthält einen Stromnebenschlußtransistor 15, dessen Emitter an die Anode der Laserdiode 1a und dessen Kollektor an die Kathode der Laserdiode 1a angeschlossen ist, während die Basis das zweite Sperrsignal
über einen Widerstand 17 empfängt. Ein weiterer Transistor 16 ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 15 geschaltet. Die Widerstände 16 und 17 sprechen auf das zweite Sperrsignal
an, um den Stromnebenschlußtransistor 15 anzusteuern.
Als nächstes wird der Sperrbetrieb der Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Fig. 23 beschrieben. Als erstes wird die Arbeitsweise der ersten Sperrschaltung beschrieben. Im normalen Zustand wird das erste Sperrsignal LDINH1 auf niedrigem Pegel gehalten, so daß der Transistor 12 leitet und einen Treiberstrom aus der Versorgungsspannungsleitung Vcc in die Laserdiode 1a einspeist. Wenn allerdings ein abnormaler oder Notzustand eintritt, wechselt das erste Sperrsignal LDINH1 auf hohen Pegel. Demzufolge wird der Transistor 12 in den nichtleitenden Zustand umgeschaltet, so daß der Treiberstrom gegenüber der Laserdiode 1a gesperrt ist. Daher wird die Laserdiode 1a zwangsweise abgeschaltet, während das Startsignal abgegeben wird.
Als nächstes wird der Betrieb der zweiten Sperrschaltung erläutert. Im Normalzustand wird das zweite Sperrsignal
auf hohem Pegel gehalten, so daß der Transistor 15 sich im nicht-leitenden Zustand befindet. Daher wird eine Durchlaßspannung an die Laserdiode 1a gegeben, so daß diese normal arbeitet. Wenn allerdings eine Abnormalität oder ein Notzustand eintritt, ändert das zweite Sperrsignal
seinen Pegel auf niedrigen Pegel, um den Transistor 15 in den leitenden Zustand zu versetzen. Demzufolge wird die angelegte Spannung niedriger als die Durchlaßspannung zwischen Anode und Kathode der Laserdiode 1a, und demzufolge wird der Treiberstrom von der Spannungsversorgungsleitung Vcc zu dem Transistor 15 umgeleitet, um dadurch die Laserdiode zwangsweise in den Abschaltzustand zu versetzen. Das zweite Sperrsignal
kann gleichzeitig mit dem ersten Sperrsignal LDINH1 aus demselben Grund der Abnormalität invertiert werden, oder die Signale können unabhängig voneinander aus verschiedenen Gründen der Abnormalität invertiert werden. Wie oben beschrieben, besitzt die vorliegende Schaltung 2 verschiedene Kanäle zum zwangsweisen Abschalten, zusätzlich zu dem regulären Kanal, der zum Abschalten der Laserdiode mit Hilfe des Signals dient. Selbst wenn daher zwei der drei Kanäle gleichzeitig versagen, ist immer noch der verbleibende Kanal in der Lage, die Laserdiode abzuschalten und so die Sicherheit zu gewährleisten. Die jeweiligen Signale sind elektrisch unabhängig voneinander und folglich können sie praktisch nicht gleichzeitig ausfallen.
Fig. 24 zeigt eine Abwandlung des oben erläuterten weiteren Beispiels einer Schaltung, die ebenfalls nützlich für das Verständnis der Erfindung ist. In Fig. 24 sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie im Beispiel nach Fig. 23 bezeichnet, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Die vorliegende Abwandlung ist mit einer Abnormalitäts-Detektierschaltung ausgestattet, die aus einem Vergleicher 33, einem Flipflop 34 und einer Löschschaltung 32 besteht. Diese Abnormalitäts-Detektierschaltung arbeitet in ähnlicher Weise, wie es oben in Verbindung mit Fig. 6 erläutert wurde. Wenn nämlich ein Abnormalitätssignal LDOVER intern ausgegeben wird, wird der Anlogschalter 7 über ein UND-Gatter 24 eingeschaltet, um die Laserdiode 1a abzuschalten. Dieser Abschaltkreis ist getrennt von der ersten und der zweiten Sperrschaltung, die auf extern eingegebene Sperrsignale ansprechen.
Fig. 25 ist eine noch weitere Abwandlung des weiteren Beispiels einer Schaltung, die ebenfalls nützlich für das Verständnis der Erfindung ist. In Fig. 25 ist die gleiche Komponente mit den gleichen Bezugszeichen wie die bei der Ausführungsform nach Fig. 23 versehen, um das Verständnis der vorliegenden Abwandlung zu erleichtern, bei der eine Zenerdiode 18 hinzugefügt ist. Die Diode 18 ist über den Widerstand 14 an die Basis des Sperrtransistors 12 angeschlossen. Außerdem ist eine Spannungsdetektierschaltung hinzugefügt, um eine Spannung VLD zu detektieren, die an die Anode der Laserdiode 1a gelegt wird. Diese Detektierschaltung besteht aus einer weiteren Zenerdiode 19, einem Paar Vorspannwiderständen 20 und 21, einem Transistor 22 und einem Hochziehwiderstand 23. Die Diode 19 ist mit ihrer Kathode an die Anode der Laserdiode 1a und mit ihrer Anode über den Vorspannwiderstand 20 an die Basis des Transistors 22 angeschlossen. Der Transistor 22 ist mit seinem Kollektor über den Hochziehwiderstand 23 an die Versorgungsspannungsleitung Vcc und mit seinem Emitter an die Masseleitung angeschlossen. Außerdem ist ein drei Eingänge aufweisendes UND-Gatter 24 hinzugefügt, welches an seinen drei jeweiligen Eingängen eine Ausgangsspannung vom Transistor 23, das Startsignal LDON bzw. das zweite Sperrsignal
empfängt. Der Ausgang des UND-Gatters 24 steuert den leitenden Zustand des Analogschalters 7.
Als nächstes wird der Betrieb dieser hinzugefügten Komponenten erläutert. Im allgemeinen arbeitet die automatische Laserleistungsregelschaltung im Übergangszustand während des Soft-Starts des Betriebs, während die Versorgungsspannung Vcc relativ niedrig ist. Wenn allerdings die Durchlaßspannung für die Laserdiode nicht ausreicht, wird der Integrierkondensator 6 über die automatische Laserleistungsregelung intensiv geladen. Wenn daher die Versorgungsspannung Vcc auf einen feststehenden Pegel ansteigt, wird die Laserdiode aufgrund des übermaßigen Treiberstroms möglicherweise zerstört. Um dies zu vermeiden, ist die Zenerdiode 18 vorgesehen, um den Transistor 12 zu sperren, wenn die Versorgungsspannung Vcc relativ niedrig ist, damit die Laser emission so gesperrt wird, als ob das erste Sperrsignal LDINH1 ausgegeben würde. Außerdem detektiert die Detektierschaltung 19-23 die an die Anode der Laserdiode 1a angelegte Spannung VLD. Wenn die Spannung VLD relativ niedrig ist, arbeitet die Zenerdiode 19 so, daß der Transistor 22 in den nicht-leitenden Zustand gebracht wird, damit er an seinem Kollektor ein Stopsignal liefert. Das UND-Gatter 24 arbeitet bei Empfang des Stopsignals so, daß es den Analogschalter 7 leitend macht und damit den Betrieb der automatischen Laserleitungsregelung aufhebt. Diese hinzugefügten Komponenten arbeiten in der gleichen Weise, als wenn die Sperrung ansprechend auf das erste Sperrsignal LDILH1 erfolgte, so daß ein Durchbruch der Laserdiode bei Veranlassung der Sperrung der Laseremission vermieden wird.
Wenn das zweite Sperrsignal
auf niedrigen Pegel gebracht wird, um den Transistor 15 leitend zu machen, wird die Laserdiode 1a zwangsabgeschaltet. Wenn in einem solchen Fall die automatische Laserleistungsregelschaltung weiter arbeitete, würde der Integrierkondensator 6 aufgeladen und damit der durch den Treibertransistor 10 fließende Treiberstrom zunehmen. Wenn weiterhin das zweite Sperrsignal
auf hohen Pegel zurückkehrt, um die Sperrung der Laseremission aufzuheben, würde ein übermäßig starker Treiberstrom durch die Laserdiode fließen und sie zerstören. Um eine solche Möglichkeit der Zerstörung zu vermeiden, wird, wenn das zweite Sperrsignal
auf niedrigem Pegel gehalten wird, der Analogschalter 7 über das UND-Gatter 24 leitend gehalten, um den Betrieb der automatischen Laserleistungsregelschaltung anzuhalten. Wie beschrieben, bilden die hinzugefügten Komponenten dieser Variante eine Schutzschaltung, die wirksam die Zerstörung der Laserdiode im Übergangszustand unterbindet.
Fig. 26 ist ein Beispiel, welches dem Verständnis der Erfindung dient und ein schematisches Blockdiagramm eines Strichcodelesers darstellt, die mit mehreren Sperrschaltungen ausgestattet ist. Der grundlegende Aufbau beinhaltet eine Abtastmotor-Drehdetektierschaltung 301, die ein erstes Sperrsignal LDINH1 erzeugt, wenn der Abtastmotor aufgrund einer Störung anhält. Außerdem erzeugt ein Artikelsensor 302 dann ein Startsignal , wenn ein Artikel in die Strahlungszone des Laserstrahls gelangt. Außerdem führt eine CPU 303 eine Steuerung des Strichcodelesers und eine Datenverarbeitung gemäß einem gegebenen Programm durch, und sie erzeugt ein zweites Sperrsignal
wenn die CPU aufgrund einer Abnormalität die Steuerung verliert. Eine Halbleiterlaser-Treiberschaltung 403 spricht auf dieses Startsignal und die Sperrsignale an, um die Laserquelle 302 zu treiben und abzuschalten. Die Halbleiterlaser-Treiberschaltung 304 hat einen detaillierten Schaltungsaufbau, wie er in Fig. 23, 24 oder 25 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel wird ein Paar von Sperrsignalen verwendet, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern man kann mehr als zwei Sperrsignale verwenden, wobei die Halbleiterlaser-Treiberschaltung dann entsprechend mehr als zwei Sperrschaltungen aufweist, die unabhängig voneinander sind. Mehrere Sperrsignale können getrennt voneinander durch unterschiedliche Ausfallursachen erzeugt werden, sie können aber auch gleichzeitig durch denselben Ausfallgrund erzeugt werden. Außerdem können mehrere Sperrsignale von der CPU 303 verarbeitet und dann an die Halbleiterlaser-Treiberschaltung 304 angelegt werden.
Wie oben beschrieben, sind in der Halbleiterlaser-Treiberschaltung, die einen automatischen Laserleistungs-Regelmechanismus besitzt, mehrere Sperrschaltungen unabhängig voneinander vorgesehen. Selbst wenn daher eine spezielle Sperrschaltung ausfällt, arbeitet die verbliebene Sperrschaltung wirksam, um die Sicherheit der Laserdiode zu gewährleisten.

Claims

1. Halbleiterlaser-Treiberschaltung, umfassend:

einen Halbleiterlaser (1a), der von einer Treiberleistung betrieben wird, um einen Laserstrahl zu emittieren;

einen Photodetektor (1b), der eine photoelektrische Umwandlung des Laserstrahls bewirkt, um ein entsprechendes elektrisches Signal auszugeben;

eine Überwachungsschaltung (101/2-3) zum Überwachen des elektrischen Signals und zum Ausgeben eines Überwachungssignals, welches bezeichnend ist für eine Schwankung der Stärke des Laserstrahls;

eine Steuerschaltung (102/4-6) zum Vergleichen des Überwachungssignals mit einem gegebenen Referenzsignal (Vref), um entsprechend der Differenz zwischen den Signalen ein Steuersignal auszugeben;

eine Leistungsgeberschaltung (103/8-11), die nach Maßgabe des Steuersignals arbeitet, um an den Halbleiterlaser (1a) eine Treiberleistung zu geben, die die Wirkung hat, die Differenz zu Null zu machen; und

eine Abnormalitäts-Detektierschaltung (104/26-28,33-35) zum Vergleichen des Überwachungssignals mit einem gegebenen Grenzwertsignal, welches verschieden von dem Referenzsignal (Vref) eingestellt wird, um ein für das Auftreten einer Abnormalität bezeichnendes Abnormalitätssignal auszugeben;

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Enstellschaltung (105/26-28,35) vorgesehen ist, um ein oberes Grenzwertsignal (Vult) einzustellen, welches größer als das Referenzsignal (Vref) und kleiner als ein Signalpegel ist, der von dem Überwachungssignal während des Normalbetriebs nicht überschritten werden kann;

die Abnormalitäts-Detektierschaltung (104/26-28,33-35) eine Einrichtung (33) zum Vergleichen des Überwachungssignals mit dem oberen Grenzwertsignal (Vult) enthält, um eine Abnormalität festzustellen und ein Abnormalitätssignal auszugeben; und

eine Prüfschaltung (106/36-39,40-45) vorgesehen ist, die während des normalen Betriebs des Halbleiterlasers (1a) arbeitet, indem sie vorübergehend einen Pegel des oberen Grenzwertsignals (Vult) unter das Referenzsignal (Vref) absenkt, damit die Abnormalitäts-Detektierschaltung (104) in die Lage versetzt wird, beabsichtigt ein Abnormalitätssignal zu erzeugen und so den Betrieb der Abnormalitäts-Detektierschaltung (104/26-28,33-35) zu prüfen.

2. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 1 mit einem Abschaltkreis (7, 24), der auf das Abnormalitätssignal dadurch anspricht, daß er den Halbleiterlaser (1a) abschaltet.

3. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Abnormalitats-Detektierschaltung (104) eine Einrichtung (25) enthält, die dann arbeitet, wenn das Überwachungssignal unter ein gegebenes unteres Grenzwertsignal (Vllt) abfällt, welches niedriger eingestellt ist als das Referenzsignal (Vref), um ein Abnormalitätssignal auszugeben, welches bezeichnend ist für eine abnormale Ausgangssignalverringerung entweder des Halbleiterlasers (1a) oder des Photodetektors (1b).

4. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Abnormalitäts-Detektierschaltung eine Einrichtung (30) enthält, die dann arbeitet, wenn der Halbleiterlaser (1a) in Gang gesetzt wird, um vorübergehend den Betrieb der Abnormalitäts-Detektierschaltung (104) zu sperren.

5. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Abnormalitäts-Detektierschaltung (104/26-28,33-35) eine Vergleicherschaltung (33) enthält, die dann arbeitet, wenn das Überwachungssignal das obere Grenzwertsignal übersteigt, um ein Inversionssignal auszugeben, und eine Zwischenspeicherschaltung (34) vorgesehen ist, um das Inversionssignal zu speichern, damit das Abnormalitätssignal kontinuierlich erzeugt wird.

6. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Prüfschaltung (106/36-39,40-45) einen Um schaltkreis (36/39) enthält, der auf ein Prüfsignal (LDCHK) anspricht, um den Pegel des oberen Grenzwertsignals unter das Referenzsignal zu verschieben, und eine Rücksetzschaltung (40-45) enthält, die ansprechend auf die Beseitigung des Prüfsignals eine Zwischenspeicherschaltung (34) zurückstellt, um das absichtlich erzeugte Abnormalitätssignal zu löschen.

7. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungsschaltung einen ersten Detektierwiderstand (2) aufweist, um das elektrische Signal zu erfassen und ein erstes Überwachungssignal (Vdet1) zu erzeugen, welches bezeichnend für eine Intensitätsschwankung des Laserstrahls ist, abhängig von dem Detektierergebnis, und einen zweiten Detektierwiderstand (63/63,75) enthält, der zu dem ersten Detektierwiderstand (2) in Reihe geschaltet ist, um getrennt das gleiche elektrische Signal zu detektieren und ein zweites Überwachungssignal (Vdet2) auszugeben, welches zu dem ersten Überwachungssignal in Beziehung steht, abhängig von dem Detektierergebnis, wobei die Steuerschaltung eine Einrichtung (5) besitzt, um das erste Überwachungssignal (Vdet1) mit einem gegebenen Referenzsignal (Vref) zu vergleichen und ein Steuersignal entsprechend der Differenz zwischen den Signalen auszugeben, und die Abnormalitäts-Detektierschaltung eine Einrichtung (25, 33) besitzt, um das zweite Überwachungssignal (Vdet2) mit einem gegebenen Grenzwertsignal, welches verschieden von dem Referenzsignal (Vref) eingestellt ist, zu vergleichen, um eine Abnormalität nachzuweisen und ein Abnormalitätssignal auszugeben.

8. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 7, bei der die Abnormalitäts-Detektierschaltung enthält: eine Einrichtung (35, 33), die arbeitet, wenn das zweite Überwachungssignal (Vdet2) unter ein gegebenes unteres Grenzwertsignal (Vllt), welches niedriger eingestellt ist als das Referenzsignal (Vref) abfällt, oder wenn das zweite Überwachungssignal (Vdet2) ein gegebenes oberes Grenzwertsignal (Vult), welches höher eingestellt ist als das Referenzsignal (Vref), übersteigt, um ein Abnormalitätssignal auszugeben.

9. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 7, bei der die Überwachungsschaltung ein Paar aus einem ersten und einem zweiten Detektierwiderstand (2, 63) aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, um das elektrische Signal zu erfassen, eine erste Schaltung (3) besitzt, um entsprechend der sich an den ersten Detektierwiderstand (2) entwickelnden Potentialdifferenz ein erstes Überwachungssignal (Vdet1) zu bilden, und eine zweite Schaltung (64-69) aufweist, um entsprechend einer sich an den zweiten Detektierwiderstand (63) entwickelnden Potentialdifferenz ein zweites Überwachungssignal (Vdet2) zu bilden.

10. Halbleiterlaser-Treiberschaltung nach Anspruch 9, bei der die erste Schaltung eine erste Reguliereinrichtung (76) aufweist, um den Pegel des ersten Überwachungssignals (Vdet1) zu regulieren und die Treiberleistung einzustellen, und die zweite Schaltung eine zweite Reguliereinrichtung (75) enthält, um den Pegel des zweiten Überwachungssignals (Vdet2) derart einzuregeln, daß eine Einstellung des Pegels oder Offsets des zweiten Überwachungssignals (Vdet2) erfolgt.