JP3595532B2 - Drive control device for semiconductor laser - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオード等の半導体レーザの発光出力を安定化させる半導体レーザの駆動制御装置に関し、更に詳しくは、駆動制御回路の一部が故障しても、人体に危険なレーザ光を発光させることがない半導体レーザの駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの駆動制御装置は、半導体レーザの近傍にレーザ光の光量を監視するモニタ用受光素子が備えられ、半導体レーザの駆動電流を制御する電流制御素子に接続する帰還回路で、モニタ用受光素子で検知される光量に応じて半導体レーザの駆動電流を制御し、発光出力を安定化させ、過大な出力が発生しないようにしている。
【０００３】
図２は、この従来用いられている半導体レーザの駆動制御装置１００の一例であり、以下、この駆動制御装置１００について説明する。
【０００４】
図中ＬＤは、半導体レーザであるレーザダイオードであり、＋３Ｖの正極と接地電位の負極間の定電圧電源回路１０１に流れる駆動電流に比例する光量で、レーザ光を発光する。
【０００５】
レーザダイオードＬＤを駆動する駆動電流は、レーザダイオードＬＤのカソード側で電源回路１０１に直列に接続された電流制御素子１０２により制御される。電流制御素子１０２は、コレクタをレーザダイオードＬＤのカソード側に、エミッタを抵抗Ｒ１０１を介して負極側に接続させたＮＰＮトランジスタで構成され、ベースは、後述するＰＮＰトランジスタ１０３のコレクタ側の接続点Ｊ１０１に接続している。
【０００６】
レーザダイオードＬＤの近傍には、レーザ光を受光するモニタ用受光素子となるフォトダイオードＰＤが配置され、フォトダイオードＰＤは、カソードを電源回路１０１の正極に、アノードを、抵抗Ｒ１０２と可変抵抗Ｒ１０３を介して負極に接続させ、レーザダイオードＬＤと並列に電源回路１０１接続されている。
【０００７】
フォトダイオードＰＤのアノードと抵抗Ｒ１０２の接続点Ｊ１０２は、更に、ＰＮＰトランジスタ１０３のベースに接続し、フォトダイオードＰＤの動作でスイッチング素子となるＰＮＰトランジスタ１０３をスイッチング制御している。ＰＮＰトランジスタ１０３のエミッタは、抵抗Ｒ１０４を介して電源回路１０１の正極に接続し、コレクタは、Ｒ−Ｃ並列回路１０４を介して負極側に接続している。
【０００８】
電源回路１０１の正極に接続することによりプルアップされたエミッタの電位は、ＰＮＰトランジスタ１０３と並列に、エミッタと負極間に接続されたツェナーダイオードＺＤによって、＋２．２Ｖの電位に保たれている。
【０００９】
ＰＮＰトランジスタ１０３は、帰還制御回路を構成するもので、コレクタとＲ−Ｃ並列回路１０４との接続点Ｊ１０１を、ＮＰＮトランジスタ１０２のベースへ接続させて、レーザダイオードＬＤの動作を制御するようにしている。
【００１０】
このように構成された半導体レーザの駆動制御装置１００は、レーザダイオードＬＤが消灯若しくは低い駆動電流で点灯している間は、レーザ光が発光されず、若しくは少ない光量で発光しているので、逆方向に電圧が加わっているフォトダイオードＰＤには、電流は僅かに流れるだけで、ＰＮＰトランジスタ１０３のベース電位は、ローレベルとなる。
【００１１】
その結果、ＰＮＰトランジスタ１０３のエミッタ、ベース間の電位差は、動作電位に達してオンとなり、Ｒ−Ｃ並列回路１０４に電流が流れ、ＲＣの時定数で定まる所定時間後に、ＮＰＮトランジスタ１０２のベースは、ＮＰＮトランジスタ１０２の動作電位に達し、レーザダイオードＬＤに駆動電流が流れる。
【００１２】
レーザダイオードＬＤの駆動電流が増加し、レーザ光の発光出力が増大すると、フォトダイオードＰＤに、レーザ光を受光することによる光起電力が発生じ、電源回路１０１の印加方向に電流が流れることにより、ＰＮＰトランジスタ１０３のベース電位は、ハイレベルとなる。
【００１３】
その結果、ＰＮＰトランジスタ１０３は、オフとなり、ＮＰＮトランジスタ１０２のベースに流れる電流も遮断され、レーザダイオードＬＤに流れる駆動電流も停止し、消灯する。
【００１４】
このように、レーザ光の出力が増大すれば、フォトダイオードＰＤが動作し、帰還制御回路１０３によりレーザダイオードＬＤへの駆動電流が停止し、レーザ光の出力が減少すると、逆にレーザダイオードＬＤへの駆動電流が増加し、安定したレーザダイオードＬＤの駆動制御が行われる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の半導体レーザの駆動制御装置１００では、帰還制御回路を構成するＰＮＰトランジスタ１０３と、電流制御素子であるＮＰＮトランジスタ１０２により、上述のように、レーザ光の光量に応じた安定した制御が得られるが、異常動作に対する対処は、充分なものではなかった。
【００１６】
例えば、これらを構成する回路素子、ＮＰＮトランジスタ１０２のコレクタ、エミッタ間や、ＰＮＰトランジスタ１０３のコレクタ、エミッタ間がショートすると、レーザダイオードＬＤへの駆動電流が増加し続け、レーザ光の発光出力が増大し、事故を発生させる恐れがあった。
【００１７】
特に、リモコン送信機などに備えられるレーザポインタは、レーザ光を遠隔位置まで拡散させずに照射させることができることから、会議場などの大画面において特定の表示位置を発表者が指示するために用いられているが、その発光出力が制御素子の故障で増大すると、人体に危害を加えることとなるため、その安全性が、規格上厳しく要求されている。
【００１８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、回路素子の一部分が破損しても、安定してレーザ光の発光出力を制御できる半導体レーザの駆動制御装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の半導体レーザの駆動制御装置は、レーザ光を発光する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給する電源回路と、電源回路に直列に接続され、駆動電流を制御する電流制御素子と、レーザ光を受光するモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子と、電流制御素子の間に直列に接続され、モニタ用受光素子の受光量が基準値を越えた際に、電流制御素子へ駆動電流をオフ制御する制御信号を出力する帰還制御回路とを備えた半導体レーザの駆動制御装置において、
電源回路に、第１電流制御素子と第２電流制御素子を直列に接続するとともに、モニタ用受光素子と、第１電流制御素子及び第２電流制御素子との間に、それぞれ第１帰還制御回路と第２帰還制御回路を並列に接続し、モニタ用受光素子の受光量を表すモニタ用受光素子から出力される受光電流が、第１帰還制御回路と第２帰還制御回路にほぼ等しい電流値で分流されるように、第１帰還制御回路と第２帰還制御回路の回路定数を一致させ、第１帰還制御回路若しくは第２帰還制御回路のいずれかに流れる受光電流が基準値を越えた際に、基準値を超えた第１帰還制御回路若しくは第２帰還制御回路に接続する第１電流制御素子（４）若しくは第２電流制御素子へオフ制御する制御信号を出力することを特徴とする半導体レーザの駆動制御装置。
【００２０】
モニター用受光素子の受光量が基準値を超えない場合には、第１、第２電流制御素子のいずれにも、駆動電流をオフ制御する制御信号は流れないので、半導体レーザは、駆動電流を受けてレーザ光を発光する。
【００２１】
モニター用受光素子の受光量が基準値を超えると、第１、第２帰還制御回路は、それぞれ駆動電流をオフ制御する制御信号を出力するので、駆動電流は、第１、第２電流制御素子で遮断され、半導体レーザは、発光を停止する。
【００２２】
第１、第２帰還制御回路を構成するいずれかの回路素子に故障があっても、他方の帰還制御回路に接続する電流制御素子で、駆動電流をオフ制御するので、半導体レーザの発光出力が増大しない。
【００２３】
また、モニタ用受光素子から出力される受光量に比例した電流が、いずれかの回路素子が短絡し、第１、第２帰還制御回路の一方に集中して流れると、受光量が基準値を超えなくても、オフ制御する制御信号が電流制御素子に出力され、半導体レーザの発光が停止する。半導体レーザは、通常の動作状態であっても、レーザ光が出力されないことにより、いずれかの素子の故障を発見できる。
【００２４】
逆に、モニタ用受光素子から出力される受光量に比例した電流が、第１、第２帰還制御回路を構成するいずれかの回路素子の故障により遮断されると、他方の帰還制御回路に集中して流れ、他方の帰還制御回路に接続する電流制御素子に、オフ制御する制御信号が出力される。その結果、受光量が基準値を超えない通常の動作状態であっても、半導体レーザからレーザ光が出力されないこととなり、いずれかの回路素子の故障を発見できる。
【００２５】
請求項２の半導体レーザの駆動制御装置は、第１帰還制御回路と第２帰還制御回路の少なくとも一方の帰還制御回路は、第１トランジスタのベースへ第２トランジスタのエミッタを接続し、第１トランジスタのエミッタを接地したトランジスタブリッジを有し、第２トランジスタのベースをモニタ用受光素子へ接続するととともに、第１トランジスタと第２トランジスタの共通するコレクタと電源回路との接続点を、電源回路にコレクタとエミッタを直列に接続したトランジスタのベースへ接続し、トランジスタブリッジを有する帰還制御回路を、モニタ用受光素子と、電流制御素子の間に接続したことを特徴とする。
【００２６】
トランジスタブリッジを構成する一方のトランジスタの端子間に短絡、開放等の故障があっても、他方のトランジスタの電流増幅、スイッチング機能が保たれるので、トランジスタブリッジ全体の帰還制御機能は、損なわれにくい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの駆動制御装置１の回路図である。
【００２８】
尚、この図１では、便宜上、遅延回路、調整用抵抗など、本実施の形態に係る説明と直接関係しない回路、回路素子について表示を省略している。
【００２９】
図に示すように、半導体レーザであるレーザダイオードＬＤと、モニタ用受光素子となるフォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤから発光されるレーザ光の一部をフォトダイオードＰＤが受光して監視できるように、適宜間隔をおいてワンチップ化されたパッケージ２内に収容されている。
【００３０】
レーザダイオードＬＤは、アノードを定電圧電源回路３の＋３Ｖの正極３ａに、カソードを、第１電流制御素子４と第２電流制御素子５を介して、定電圧電源回路３の接地電位である負極３ｂに接続し、定電圧電源回路３を駆動電源とし、第１電流制御素子４と第２電流制御素子５に流れる駆動電流にほぼ比例する光量でレーザ光を発光する。
【００３１】
従って、レーザダイオードＬＤの発光出力は、第１電流制御素子４と第２電流制御素子５によって制御されるものであり、ここでは、第１電流制御素子４と第２電流制御素子５を、コレクタを、正極３ａ側（レーザダイオードＬＤ側）に、エミッタを、負極３ｂ側として、それぞれ定電圧電源回路３に直列に接続した一対のＮＰＮトランジスタで構成している。
【００３２】
フォトダイオードＰＤは、カソードを電源回路３の正極３ａに、アノードを、抵抗Ｒ１を介して負極３ｂに接続し、フォトダイオードＰＤへ逆方向電圧をかけ、レーザダイオードＬＤと並列に電源回路３に接続している。
【００３３】
フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤから発光されるレーザ光を受光して光電変換し、レーザ光の発光量を表す受光電流をアノードから出力するもので、受光電流で、上述の第１電流制御素子４と第２電流制御素子５を帰還制御している。
【００３４】
この為、フォトダイオードＰＤのアノード側で、抵抗Ｒ１との接続点Ｊ１には、帰還制御回路が接続されるが、本実施の形態では、それぞれ他端が第１電流制御素子４と第２電流制御素子５に接続する第１帰還制御回路６と第２帰還制御回路７とが、並列に接続されている。
【００３５】
第１帰還制御回路６は、一対のＮＰＮトランジスタ８、９をダーリントン接続したトランジスタブリッジ１０を有している。すなわち、一対のＮＰＮトランジスタ８、９のコレクタ間を接続するとともに、一方のＮＰＮトランジスタ８のエミッタを、他方のＮＰＮトランジスタ９のベースへ接続している。
【００３６】
一方のＮＰＮトランジスタ８のベースは、調整抵抗Ｒ２を介してフォトダイオードＰＤのアノード側の接続点Ｊ１に接続し、受光電流を入力するようにしている。また、他方のＮＰＮトランジスタ９のエミッタは、電源回路３の負極３ｂに接続し、接地されている。
【００３７】
一方、トランジスタブリッジ１０の共通するコレクタは、プルアップ抵抗Ｒ３を介して電源回路３の正極３ａに接続され、一定電位に保たれ、このコレクタとプルアップ抵抗Ｒ３との接続点Ｊ２は、更に、帰還抵抗Ｒ４を介して、第１電流制御素子であるＮＰＮトランジスタ４のベースに接続している。
【００３８】
第２帰還制御回路７は、第１帰還制御回路６の各構成とほぼ同一に構成されているもので、調整抵抗Ｒ５と、一対のＮＰＮトランジスタ１１、１２をダーリントン接続したトランジスタブリッジ１３と、プルアップ抵抗Ｒ６及び帰還抵抗Ｒ７とで構成されている。
【００３９】
これらの回路素子は、順に第１帰還制御回路６を構成する調整抵抗Ｒ２、トランジスタブリッジ１０を構成するＮＰＮトランジスタ８、９、プルアップ抵抗Ｒ３及び帰還抵抗Ｒ４に対応し、第１帰還制御回路６と同一の接続関係で、相互に接続されている。
【００４０】
第２帰還制御回路７では、帰還抵抗Ｒ７が、トランジスタブリッジ１３の共通するコレクタとプルアップ抵抗Ｒ６との接続点Ｊ３と、第２電流制御素子であるＮＰＮトランジスタ５のベースとの間に接続されている点でのみ相違している。
【００４１】
第１帰還制御回路６と第２帰還制御回路７で、対応するこれらの回路素子は、同一若しくはほぼ等しい回路定数を有することが好ましく、これにより、正常な動作状態において、接続点Ｊ１から第１帰還制御回路６と第２帰還制御回路７に流れる受光電流は、それぞれほぼ等しい値となる。
【００４２】
このように構成された半導体レーザの駆動制御装置１が正常に動作している状態では、レーザダイオードＬＤが消灯若しくは低い駆動電流で点灯している間は、レーザ光が発光されず、若しくは少ない光量で発光しているので、逆方向に電圧が加わっているフォトダイオードＰＤには、僅かな受光電流が流れるだけで、調整抵抗Ｒ２、Ｒ５を介して接続するＮＰＮトランジスタ８、１１のベース電位は、動作電位以下となる。
【００４３】
その結果、トランジスタブリッジ１０、１３には、いずれも電流が流れず、接続点Ｊ２、Ｊ３の電位は、電源回路３の正極３ａの電位に近く、それぞれのＮＰＮトランジスタ４、５のベース電位が動作電位に達し、帰還抵抗Ｒ４、Ｒ７に流れる電流に比例した駆動電流がレーザダイオードＬＤに流れる。
【００４４】
レーザダイオードＬＤの駆動電流が増加し、レーザ光の発光出力が増大すると、フォトダイオードＰＤに、レーザ光を受光することによる光起電力が発生し、接続点Ｊ１の電位が引き上げられる。これにより、ＮＰＮトランジスタ８、１１のベース電位が動作電位に達し、フォトダイオードＰＤに流れる受光電流の一部は、調整抵抗Ｒ２、Ｒ５を通り、トランジスタブリッジ１０、１３のエミッタから負極３ｂに流れる。
【００４５】
上述のように、第１帰還制御回路６と第２帰還制御回路７の対応する各回路素子の回路定数は、ほぼ等しい値となっているので、ＮＰＮトランジスタ８、１１のベースには、それぞれほぼ等しい大きさの受光電流が流れる。
【００４６】
トランジスタブリッジ１０、１３は、２個のＮＰＮトランジスタをダーリントン接続してなるものなので、電流増幅率は、各トランジスタの電流増幅率の積となり、調整抵抗Ｒ２、Ｒ５からベースに流れる受光電流は、大きく増幅されて共通するコレクタに流れる電流として表れる。
【００４７】
一方、上記ベースに流れる受光電流の値は、レーザ光の発光出力を表しているので、トランジスタブリッジ１０、１３の共通するコレクタに流れる電流は、発光出力の変化を大きく拡大して表すものとなる。
【００４８】
レーザ光の発光により、増加するコレクタ電流は、プルアップ抵抗Ｒ３、Ｒ６に流れるので、正極３ａ近くの電位にあった接続点Ｊ２、Ｊ３の電位は、引き下げられ、ＮＰＮトランジスタ４、５のベース電位は、動作電位以下となり、ベースに流れる電流が停止する。これにより、レーザダイオードＬＤに流れる駆動電流は、ＮＰＮトランジスタ４、５の２カ所の位置で遮断され、レーザダイオードＬＤは、消灯制御される。
【００４９】
このようにして、各回路素子が正常に動作する上記状態では、レーザダイオードＬＤの発光出力は、一定の範囲内で安定して制御されるが、以下、回路素子の一部が故障した場合について、説明する。
【００５０】
始めに、第１帰還制御回路６若しくは第２帰還制御回路７を構成する回路素子が故障し、特定箇所のショート若しくは絶縁すると、いずれかの帰還制御回路６、７に多大な電流が流れたり、流れるべき状態で遮断される。
【００５１】
例えば、ＮＰＮトランジスタ９のコレクタ、エミッタ間等が短絡したり、ＮＰＮトランジスタ８のコレクタ、エミッタ間（ＮＰＮトランジスタ９のベース、コレクタ間）が短絡すると、トランジスタブリッジ１０に多大な受光電流が流れることとなる。
【００５２】
特定箇所のショートにより、帰還制御回路６、７の一方（特に接続点Ｊ２、Ｊ３）に多大な電流が流れる場合には、消灯の制御を設定した基準値に受光電流の値が達する前に、その帰還制御回路に接続する電流制御素子が、駆動電流を遮断する。従って、レーザ光の発光出力が異常に増大することを防止できるとともに、低い発光出力で消灯してしまうことで、回路素子のショートを発見できる。
【００５３】
逆に、例えば、帰還抵抗Ｒ２とＮＰＮトランジスタ８のベース間等、帰還制御回路の一部が開放し、常時絶縁状態となると、絶縁された帰還制御回路６、７の一方には、受光電流が流れないが、他方の帰還制御回路に集中して流れ、消灯の制御を設定した基準値に受光電流の値が達する前に、他方の帰還制御回路に接続する電流制御素子が、駆動電流を遮断する。従って、この場合にも、レーザ光の発光出力が異常に増大することを防止できるとともに、低い発光出力で消灯してしまうことで、回路素子の絶縁を発見できる。
【００５４】
これに加えて、第１、第２帰還制御回路６、７に、それぞれ２個のトランジスタをダーリントン接続したトランジスタブリッジ１０、１３を用いているので、トランジスタブリッジを構成する一方のトランジスタの端子間に短絡、開放等の故障があっても、他方のトランジスタの電流増幅、スイッチング機能が保たれるので、レーザ光の異常発光出力を制御できる。
【００５５】
例えば、一方のＮＰＮトランジスタ８のベース、エミッタ間やベース、コレクタ間が故障し短絡すると、ＮＰＮトランジスタ８は、電流増幅機能を失うが、他方のＮＰＮトランジスタ９の電流増幅機能は保たれるので、受光電流が増加した場合に、Ｊ２の電位を低下させて、電流制御素子４をオフ制御し、発光出力の上昇を停止させることができる。
【００５６】
本実施の形態では、フォトダイオードＰＤに流れる受光電流は、抵抗Ｒ１で分流され、更に、第１帰還制御回路６と第２帰還制御回路７に分流されるので、その値の変化は小さいが、２個のトランジスタをダーリントン接続して増幅するので、その変化を大きく増幅して電流制御素子へ帰還させることができ、レーザダイオードＬＤの発光出力に対してきめ細かく応動制御できる。
【００５７】
以上の実施の形態では、第１、第２帰還制御回路６、７にダーリントン接続した２個のトランジスタからなるトランジスタブリッジを用いているが、受光電流の値により、電流制御素子を阻止できる回路であれば、必ずしもトランジスタブリッジを用いる必要はない。
【００５８】
また、トランジスタブリッジを構成する２個のトランジスタは、逆極性の回路に接続する２個のＰＮＰトランジスタであってもよい。
【００５９】
また、電流制御素子は、半導体レーザの駆動電流をオン、オフ制御できるものであれば、他のスイッチング素子で構成してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モニタ用受光素子の出力に、２つの帰還制御回路を並列に接続し、いずれかが故障しても、他方の帰還制御回路に接続する電流制御素子で、半導体レーザの駆動電流を停止させることができるので、レーザ光の発光出力を安定して制御できる。
【００６１】
また、設定した基準値に達する前に半導体レーザの駆動が停止することにより、いずれかの回路素子の故障を発見できる。
【００６２】
これに加えて、請求項２の発明では、トランジスタブリッジを構成するいずれかのトランジスタが故障しても、他方のトランジスタの電流増幅、スイッチング機能は、損なわれない場合があるので、更に、確実にレーザ光の発光出力を確実に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザＬＤの駆動制御装置１の回路図である。
【図２】従来の半導体レーザＬＤの駆動制御装置１００の回路図である。
【符号の説明】
３ 電源回路
４ 第１電流制御素子（ＮＰＮトランジスタ）
５ 第２電流制御素子（ＮＰＮトランジスタ）
６ 第１帰還制御回路
７ 第２帰還制御回路
８、１１ 第１トランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）
９、１２ 第２トランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）
ＬＤ 半導体レーザ（レーザダイオード）
ＰＤ モニタ用受光素子（フォトダイオード）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser drive control device that stabilizes the emission output of a semiconductor laser such as a laser diode, and more particularly, emits dangerous laser light to a human body even when a part of the drive control circuit fails. The present invention relates to a drive control device for a semiconductor laser that does not have any problems.
[0002]
[Prior art]
The semiconductor laser drive control device includes a monitor light receiving element for monitoring the amount of laser light near the semiconductor laser, and a feedback circuit connected to a current control element for controlling the drive current of the semiconductor laser. The driving current of the semiconductor laser is controlled in accordance with the amount of light detected in the step (1) to stabilize the light emission output so as not to generate an excessive output.
[0003]
FIG. 2 shows an example of the conventional semiconductor laser drive control device 100. The drive control device 100 will be described below.
[0004]
In the figure, LD denotes a laser diode which is a semiconductor laser, and emits laser light with a light amount proportional to a drive current flowing through the constant voltage power supply circuit 101 between the positive electrode of +3 V and the negative electrode of the ground potential.
[0005]
The drive current for driving the laser diode LD is controlled by a current control element 102 connected in series to the power supply circuit 101 on the cathode side of the laser diode LD. The current control element 102 is composed of an NPN transistor having a collector connected to the cathode side of the laser diode LD and an emitter connected to the negative side via a resistor R101. Connected to
[0006]
In the vicinity of the laser diode LD, a photodiode PD serving as a monitoring light receiving element for receiving laser light is arranged. The photodiode PD has a cathode as a positive electrode of the power supply circuit 101, an anode as a resistor R102 and a variable resistor R103. The power supply circuit 101 is connected in parallel with the laser diode LD.
[0007]
A connection point J102 between the anode of the photodiode PD and the resistor R102 is further connected to the base of the PNP transistor 103, and controls the switching of the PNP transistor 103 serving as a switching element by the operation of the photodiode PD. The emitter of the PNP transistor 103 is connected to the positive electrode of the power supply circuit 101 via the resistor R104, and the collector is connected to the negative electrode side via the RC parallel circuit 104.
[0008]
The potential of the emitter pulled up by being connected to the positive electrode of the power supply circuit 101 is maintained at +2.2 V by a Zener diode ZD connected between the emitter and the negative electrode in parallel with the PNP transistor 103.
[0009]
The PNP transistor 103 constitutes a feedback control circuit, and a connection point J101 between the collector and the RC parallel circuit 104 is connected to the base of the NPN transistor 102 to control the operation of the laser diode LD. I have.
[0010]
The drive control device 100 for a semiconductor laser configured as described above does not emit laser light or emits light with a small amount of light while the laser diode LD is turned off or turned on with a low drive current. Only a small amount of current flows through the photodiode PD to which a voltage is applied in the direction, and the base potential of the PNP transistor 103 becomes low.
[0011]
As a result, the potential difference between the emitter and the base of the PNP transistor 103 reaches the operating potential and turns on, a current flows through the RC parallel circuit 104, and after a predetermined time determined by the RC time constant, the base of the NPN transistor 102 , Reaches the operating potential of the NPN transistor 102, and the drive current flows through the laser diode LD.
[0012]
When the drive current of the laser diode LD increases and the light emission output of the laser light increases, photo-electromotive force is generated in the photodiode PD by receiving the laser light, and the current flows in the application direction of the power supply circuit 101. , PNP transistor 103 attains a high level.
[0013]
As a result, the PNP transistor 103 is turned off, the current flowing to the base of the NPN transistor 102 is cut off, the driving current flowing to the laser diode LD is stopped, and the light is turned off.
[0014]
As described above, when the output of the laser light increases, the photodiode PD operates, the driving current to the laser diode LD is stopped by the feedback control circuit 103, and when the output of the laser light decreases, the laser diode LD , The drive current of the laser diode LD increases, and stable drive control of the laser diode LD is performed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional semiconductor laser drive control device 100, the PNP transistor 103 constituting the feedback control circuit and the NPN transistor 102 serving as the current control element provide stable control according to the amount of laser light as described above. However, the measures against abnormal operation were not enough.
[0016]
For example, when the circuit elements constituting these elements, the collector and the emitter of the NPN transistor 102 and the collector and the emitter of the PNP transistor 103 are short-circuited, the drive current to the laser diode LD continues to increase, and the emission output of the laser light increases. And there was a risk of causing an accident.
[0017]
In particular, a laser pointer provided in a remote control transmitter or the like can irradiate a laser beam without diffusing it to a remote position, and is used by a presenter to indicate a specific display position on a large screen such as a conference hall. However, if the light emission output increases due to the failure of the control element, it may cause harm to the human body. Therefore, its safety is strictly required in the standard.
[0018]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a drive control device for a semiconductor laser capable of stably controlling the emission output of laser light even when a part of a circuit element is damaged.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
A drive control device for a semiconductor laser according to claim 1, comprising: a semiconductor laser that emits laser light; a power supply circuit that supplies a drive current to the semiconductor laser; and a current control element that is connected in series to the power supply circuit and controls the drive current. A monitor light receiving element for receiving laser light, a monitor light receiving element, and a current control element, which are connected in series, and are driven to the current control element when the amount of light received by the monitor light receiving element exceeds a reference value. And a feedback control circuit that outputs a control signal for controlling the current to be turned off.
A first current control element and a second current control element are connected in series to a power supply circuit, and a first feedback control circuit is provided between the light receiving element for monitoring and the first current control element and the second current control element, respectively. And the second feedback control circuit are connected in parallel, and the light receiving current output from the monitoring light receiving element representing the amount of light received by the monitoring light receiving element is a current value substantially equal to the first feedback control circuit and the second feedback control circuit. The circuit constants of the first feedback control circuit and the second feedback control circuit are matched so that the current is divided, and when the light receiving current flowing through either the first feedback control circuit or the second feedback control circuit exceeds the reference value, A semiconductor laser that outputs a control signal for off-control to a first current control element (4) or a second current control element connected to a first feedback control circuit or a second feedback control circuit exceeding a reference value. Drive control equipment .
[0020]
If the amount of light received by the monitoring light-receiving element does not exceed the reference value, no control signal for turning off the drive current flows to either of the first and second current control elements. The laser beam is emitted upon receiving.
[0021]
When the amount of light received by the monitoring light-receiving element exceeds the reference value, the first and second feedback control circuits output control signals for controlling the drive current to be turned off, respectively. And the semiconductor laser stops emitting light.
[0022]
Even if one of the circuit elements constituting the first and second feedback control circuits has a fault, the drive current is turned off by the current control element connected to the other feedback control circuit. Does not increase.
[0023]
Further, when a current proportional to the amount of received light output from the monitoring light receiving element is concentrated on one of the first and second feedback control circuits when one of the circuit elements is short-circuited, the amount of received light becomes the reference value. Even if it does not exceed, the control signal for off control is output to the current control element, and the light emission of the semiconductor laser stops. Even if the semiconductor laser is in a normal operation state, a failure of any one of the elements can be found because no laser light is output.
[0024]
Conversely, if a current proportional to the amount of received light output from the monitoring light receiving element is interrupted due to a failure of one of the circuit elements constituting the first and second feedback control circuits, it concentrates on the other feedback control circuit. Then, a control signal for off-control is output to a current control element connected to the other feedback control circuit. As a result, even in a normal operation state in which the amount of received light does not exceed the reference value, laser light is not output from the semiconductor laser, and a failure of any circuit element can be found.
[0025]
3. The drive control device for a semiconductor laser according to claim 2, wherein at least one of the first feedback control circuit and the second feedback control circuit connects the emitter of the second transistor to the base of the first transistor, A transistor bridge having an emitter grounded, a base of the second transistor connected to the monitoring light receiving element, and a connection point between the common collector of the first transistor and the second transistor and the power supply circuit connected to the collector of the power supply circuit. And a feedback control circuit having a transistor bridge connected between the light receiving element for monitoring and the current control element.
[0026]
Even if there is a fault such as short-circuit or open-circuit between the terminals of one transistor constituting a transistor bridge, the current amplification and switching functions of the other transistor are maintained, so that the feedback control function of the entire transistor bridge is not easily impaired. .
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of a drive control device 1 for a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
[0028]
In FIG. 1, circuits and circuit elements not directly related to the description of the present embodiment, such as delay circuits and adjustment resistors, are not shown for convenience.
[0029]
As shown in the figure, a laser diode LD which is a semiconductor laser and a photodiode PD which is a light receiving element for monitoring are designed so that the photodiode PD can receive and monitor a part of laser light emitted from the laser diode LD. Are housed in the package 2 formed into one chip at appropriate intervals.
[0030]
The laser diode LD has an anode on the positive electrode 3a of +3 V of the constant voltage power supply circuit 3 and a cathode on the negative electrode which is the ground potential of the constant voltage power supply circuit 3 via the first current control element 4 and the second current control element 5. 3b, the constant voltage power supply circuit 3 is used as a drive power source, and emits laser light with a light amount substantially proportional to the drive current flowing through the first current control element 4 and the second current control element 5.
[0031]
Therefore, the light emission output of the laser diode LD is controlled by the first current control element 4 and the second current control element 5, and here, the first current control element 4 and the second current control element 5 are connected to the collectors. On the positive electrode 3a side (laser diode LD side), and the emitter on the negative electrode 3b side, each of which is composed of a pair of NPN transistors connected in series to the constant voltage power supply circuit 3.
[0032]
The photodiode PD has a cathode connected to the positive electrode 3a of the power supply circuit 3, an anode connected to the negative electrode 3b via the resistor R1, applies a reverse voltage to the photodiode PD, and is connected to the power supply circuit 3 in parallel with the laser diode LD. are doing.
[0033]
The photodiode PD receives a laser beam emitted from the laser diode LD, photoelectrically converts the laser beam, and outputs a light-receiving current indicating the amount of emitted laser light from the anode. 4 and the second current control element 5 are feedback controlled.
[0034]
Therefore, on the anode side of the photodiode PD, a feedback control circuit is connected to the connection point J1 with the resistor R1, but in the present embodiment, the other end is connected to the first current control element 4 and the second current control element, respectively. A first feedback control circuit 6 and a second feedback control circuit 7 connected to the control element 5 are connected in parallel.
[0035]
The first feedback control circuit 6 has a transistor bridge 10 in which a pair of NPN transistors 8 and 9 are Darlington-connected. That is, the collectors of the pair of NPN transistors 8 and 9 are connected, and the emitter of one NPN transistor 8 is connected to the base of the other NPN transistor 9.
[0036]
The base of one NPN transistor 8 is connected to the anode-side connection point J1 of the photodiode PD via the adjustment resistor R2, so that a light-receiving current is input. The emitter of the other NPN transistor 9 is connected to the negative electrode 3b of the power supply circuit 3 and is grounded.
[0037]
On the other hand, the common collector of the transistor bridge 10 is connected to the positive electrode 3a of the power supply circuit 3 via the pull-up resistor R3 and is kept at a constant potential. A connection point J2 between this collector and the pull-up resistor R3 further has It is connected to the base of an NPN transistor 4 as a first current control element via a feedback resistor R4.
[0038]
The second feedback control circuit 7 has substantially the same configuration as that of the first feedback control circuit 6, and includes an adjustment resistor R5, a transistor bridge 13 in which a pair of NPN transistors 11 and 12 are Darlington-connected, and a pull-down circuit. It comprises an up resistor R6 and a feedback resistor R7.
[0039]
These circuit elements correspond to the adjustment resistor R2 constituting the first feedback control circuit 6, the NPN transistors 8, 9 constituting the transistor bridge 10, the pull-up resistor R3 and the feedback resistor R4 in order. Are connected to each other with the same connection relationship as.
[0040]
In the second feedback control circuit 7, the feedback resistor R7 is connected between the connection point J3 between the common collector of the transistor bridge 13 and the pull-up resistor R6 and the base of the NPN transistor 5 as the second current control element. Only in that
[0041]
In the first feedback control circuit 6 and the second feedback control circuit 7, these corresponding circuit elements preferably have the same or substantially equal circuit constants, so that in a normal operation state, the first feedback control circuit 6 and the second feedback control circuit 7 The light receiving currents flowing through the feedback control circuit 6 and the second feedback control circuit 7 have substantially equal values.
[0042]
In a state where the drive control device 1 of the semiconductor laser thus configured is operating normally, while the laser diode LD is turned off or turned on with a low drive current, no laser light is emitted or a small amount of light is emitted. Therefore, only a small amount of light-receiving current flows through the photodiode PD to which a voltage is applied in the reverse direction, and the base potentials of the NPN transistors 8 and 11 connected via the adjustment resistors R2 and R5 are: It becomes lower than the operating potential.
[0043]
As a result, no current flows through the transistor bridges 10 and 13, and the potentials of the connection points J2 and J3 are close to the potential of the positive electrode 3a of the power supply circuit 3, and the base potentials of the respective NPN transistors 4 and 5 operate. When the potential reaches the potential, a drive current proportional to the current flowing through the feedback resistors R4 and R7 flows through the laser diode LD.
[0044]
When the drive current of the laser diode LD increases and the light emission output of the laser light increases, photoelectromotive force is generated in the photodiode PD by receiving the laser light, and the potential of the connection point J1 is raised. As a result, the base potential of the NPN transistors 8 and 11 reaches the operating potential, and a part of the light receiving current flowing through the photodiode PD flows from the emitters of the transistor bridges 10 and 13 to the negative electrode 3b through the adjustment resistors R2 and R5.
[0045]
As described above, the circuit constants of the corresponding circuit elements of the first feedback control circuit 6 and the second feedback control circuit 7 have substantially the same value. Light receiving currents of equal magnitude flow.
[0046]
Since the transistor bridges 10 and 13 are formed by connecting two NPN transistors in Darlington connection, the current gain is the product of the current gains of the transistors, and the light receiving current flowing from the adjustment resistors R2 and R5 to the base is large. It is amplified and appears as a current flowing through a common collector.
[0047]
On the other hand, the value of the light-receiving current flowing through the base represents the light-emission output of the laser light. Therefore, the current flowing through the common collector of the transistor bridges 10 and 13 greatly expresses the change in the light-emission output. .
[0048]
Since the collector current that increases due to the emission of the laser beam flows through the pull-up resistors R3 and R6, the potentials at the connection points J2 and J3, which were near the potential near the positive electrode 3a, are reduced, and the base potentials of the NPN transistors 4 and 5 Becomes lower than the operating potential, and the current flowing to the base stops. As a result, the drive current flowing through the laser diode LD is cut off at two positions of the NPN transistors 4 and 5, and the laser diode LD is controlled to be turned off.
[0049]
In this way, in the above-mentioned state where each circuit element operates normally, the light emission output of the laser diode LD is controlled stably within a certain range. ,explain.
[0050]
First, when a circuit element constituting the first feedback control circuit 6 or the second feedback control circuit 7 breaks down and a specific portion is short-circuited or insulated, a large amount of current flows in one of the feedback control circuits 6 and 7, It is shut off when it should flow.
[0051]
For example, when the collector and the emitter of the NPN transistor 9 are short-circuited, or when the collector and the emitter of the NPN transistor 8 are short-circuited (between the base and the collector of the NPN transistor 9), a large light receiving current flows through the transistor bridge 10. Become.
[0052]
When a large amount of current flows to one of the feedback control circuits 6 and 7 (particularly, the connection points J2 and J3) due to a short circuit at a specific portion, the light reception current reaches a reference value set to turn off the light. A current control element connected to the feedback control circuit cuts off the drive current. Therefore, it is possible to prevent the emission output of the laser light from abnormally increasing, and to turn off the light at a low emission output, so that a short circuit of the circuit element can be found.
[0053]
Conversely, when a part of the feedback control circuit is opened, for example, between the feedback resistor R2 and the base of the NPN transistor 8 and is always insulated, the light receiving current is supplied to one of the insulated feedback control circuits 6 and 7. It does not flow, but flows intensively to the other feedback control circuit, and the current control element connected to the other feedback control circuit cuts off the drive current before the value of the received light current reaches the reference value that set the control of turning off the light I do. Therefore, in this case as well, it is possible to prevent the emission output of the laser beam from abnormally increasing, and to turn off the light at a low emission output, thereby finding insulation of the circuit element.
[0054]
In addition, since the first and second feedback control circuits 6 and 7 use the transistor bridges 10 and 13 in which two transistors are Darlington-connected, respectively, between the terminals of one transistor constituting the transistor bridge. Even if there is a failure such as a short circuit or an open circuit, the current amplification and switching functions of the other transistor are maintained, so that the abnormal light emission output of the laser light can be controlled.
[0055]
For example, if one of the bases and emitters and the base and collector of one NPN transistor 8 fails and short-circuits, the NPN transistor 8 loses the current amplification function, but the current amplification function of the other NPN transistor 9 is maintained. When the light receiving current increases, the potential of J2 is reduced, the current control element 4 is turned off, and the increase in the light emission output can be stopped.
[0056]
In the present embodiment, the received light current flowing through the photodiode PD is shunted by the resistor R1 and further shunted to the first feedback control circuit 6 and the second feedback control circuit 7; Since the two transistors are Darlington-connected and amplified, the change can be greatly amplified and fed back to the current control element, and the light emission output of the laser diode LD can be finely controlled.
[0057]
In the above embodiment, the first and second feedback control circuits 6 and 7 use the transistor bridge composed of two transistors connected in Darlington. However, the first and second feedback control circuits 6 and 7 can block the current control element by the value of the received light current. If so, it is not necessary to use a transistor bridge.
[0058]
Further, the two transistors forming the transistor bridge may be two PNP transistors connected to a circuit having the opposite polarity.
[0059]
Further, the current control element may be constituted by another switching element as long as it can control the drive current of the semiconductor laser on and off.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, two feedback control circuits are connected in parallel to the output of the monitoring light-receiving element, and even if one of them fails, the current control element connected to the other feedback control circuit As a result, the drive current of the semiconductor laser can be stopped, so that the emission output of the laser light can be controlled stably.
[0061]
Further, by stopping the driving of the semiconductor laser before reaching the set reference value, it is possible to discover a failure of any circuit element.
[0062]
In addition, according to the second aspect of the present invention, even if one of the transistors constituting the transistor bridge fails, the current amplification and switching functions of the other transistor may not be impaired. The emission output of the laser beam can be reliably controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a drive control device 1 for a semiconductor laser LD according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional drive control device 100 for a semiconductor laser LD.
[Explanation of symbols]
3 Power supply circuit 4 First current control element (NPN transistor)
5 Second current control element (NPN transistor)
6 First feedback control circuit 7 Second feedback control circuits 8, 11 First transistor (NPN transistor)
9, 12 Second transistor (NPN transistor)
LD semiconductor laser (laser diode)
PD monitor photodetector (photodiode)

Claims (2)

レーザ光を発光する半導体レーザ（ＬＤ）と、
半導体レーザ（ＬＤ）に駆動電流を供給する電源回路（３）と、
電源回路（３）に直列に接続され、駆動電流を制御する電流制御素子と、
レーザ光を受光するモニタ用受光素子（ＰＤ）と、
モニタ用受光素子（ＰＤ）と、電流制御素子の間に直列に接続され、モニタ用受光素子（ＰＤ）の受光量が基準値を越えた際に、電流制御素子へ駆動電流をオフ制御する制御信号を出力する帰還制御回路とを備えた半導体レーザの駆動制御装置において、
電源回路（３）に、第１電流制御素子（４）と第２電流制御素子（５）を直列に接続するとともに、
モニタ用受光素子（ＰＤ）と、第１電流制御素子（４）及び第２電流制御素子（５）との間に、それぞれ第１帰還制御回路（６）と第２帰還制御回路（７）を並列に接続し、
モニタ用受光素子（ＰＤ）の受光量を表すモニタ用受光素子（ＰＤ）から出力される受光電流が、第１帰還制御回路（６）と第２帰還制御回路（７）にほぼ等しい電流値で分流されるように、第１帰還制御回路（６）と第２帰還制御回路（７）の回路定数を一致させ、
第１帰還制御回路（６）若しくは第２帰還制御回路（７）のいずれかに流れる受光電流が基準値を越えた際に、基準値を超えた第１帰還制御回路（６）若しくは第２帰還制御回路（７）に接続する第１電流制御素子（４）若しくは第２電流制御素子（５）へオフ制御する制御信号を出力することを特徴とする半導体レーザの駆動制御装置。A semiconductor laser (LD) that emits laser light;
A power supply circuit (3) for supplying a drive current to a semiconductor laser (LD);
A current control element connected in series to the power supply circuit (3) and controlling a drive current;
A monitor light receiving element (PD) for receiving a laser beam;
Control that is connected in series between the monitoring light receiving element (PD) and the current control element, and controls the drive current to be turned off to the current control element when the amount of light received by the monitoring light receiving element (PD) exceeds a reference value. And a feedback control circuit that outputs a signal.
A first current control element (4) and a second current control element (5) are connected in series to a power supply circuit (3),
A first feedback control circuit (6) and a second feedback control circuit (7) are respectively provided between the monitoring light receiving element (PD) and the first current control element (4) and the second current control element (5). Connect in parallel,
The light receiving current output from the monitoring light receiving element (PD) representing the amount of light received by the monitoring light receiving element (PD) has a current value substantially equal to that of the first feedback control circuit (6) and the second feedback control circuit (7). The circuit constants of the first feedback control circuit (6) and the second feedback control circuit (7) are matched so that the current is divided,
When the light receiving current flowing through either the first feedback control circuit (6) or the second feedback control circuit (7) exceeds the reference value, the first feedback control circuit (6) or the second feedback control circuit that exceeds the reference value. A drive control device for a semiconductor laser, which outputs a control signal for off-control to a first current control element (4) or a second current control element (5) connected to a control circuit (7) . 第１帰還制御回路（６）と第２帰還制御回路（７）の少なくとも一方の帰還制御回路は、第１トランジスタ（８）（１１）のベースへ第２トランジスタ（９）（１２）のエミッタを接続し、第１トランジスタ（８）（１１）のエミッタを接地したトランジスタブリッジを有し、
第２トランジスタ（９）（１２）のベースをモニタ用受光素子（ＰＤ）へ接続するととともに、
第１トランジスタ（８）（１１）と第２トランジスタ（９）（１２）の共通するコレクタと電源回路（３）との接続点を、電源回路（３）にコレクタとエミッタを直列に接続したトランジスタのベースへ接続し、
トランジスタブリッジを有する帰還制御回路（６）（７）を、モニタ用受光素子（ＰＤ）と、電流制御素子（４）（５）の間に接続したことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの駆動制御装置。At least one of the first feedback control circuit (6) and the second feedback control circuit (7) is configured to connect the emitters of the second transistors (9) and (12) to the bases of the first transistors (8) and (11). And a transistor bridge having the emitters of the first transistors (8) and (11) grounded,
The bases of the second transistors (9) and (12) are connected to the monitoring light receiving element (PD), and
A connection point between the common collector of the first transistor (8) (11) and the second transistor (9) (12) and the power supply circuit (3) is connected to the power supply circuit (3) by connecting the collector and the emitter in series. Connect to the base of
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the feedback control circuit having a transistor bridge is connected between the monitor light receiving element and the current control element. Drive control device.

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