JP3806464B2 - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7はレーザダイオードからなる半導体レーザの電流−光特性(I−L特性)を示す。半導体レーザに流れる電流が閾値Ith以下であるときには半導体レーザが発光せず、半導体レーザに流れる電流がIth以上であるときには半導体レーザがその電流に応じた光量で発光する。
図10は従来の半導体レーザ駆動装置の一例を示し、図11はその半導体レーザ駆動装置の動作特性を示す。
【0003】
レーザダイオードからなる半導体レーザ1の点灯制御は所定の光量が半導体レーザ1から得られるような電流を半導体レーザ1に供給することによって行われる。半導体レーザ1の発光の高速なスイッチングが必要である場合にはバイアス電流源13からバイアス電流を半導体レーザ1にあらかじめ与えておき、スイッチング信号によるスイッチ回路5のオンでそのバイアス電流と所定の光量が半導体レーザ1から得られるような電流との差のスイッチング電流をスイッチング電流源14から半導体レーザ1に与える。スイッチング電流源14からのスイッチング電流量が少なければ、半導体レーザ1の発光のスイッチングはより速いスイッチングとなる。
【0004】
このように半導体レーザ1の発光を高速にスイッチングする場合には、従来は制御されたバイアス電流を半導体レーザ1に与えることが行われている。制御されたバイアス電流を半導体レーザ1に与えるためには、特開昭62ー237786号公報に記載されているような制御されたバイアス電流を半導体レーザに供給する高価な回路が付加され、この回路で煩雑な処理を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように半導体レーザ1の発光を高速にスイッチングする場合には、従来は制御されたバイアス電流を半導体レーザに与えることが行われ、特開昭62ー237786号公報に記載されているような制御されたバイアス電流を半導体レーザに供給する高価な回路が付加されてこの回路で煩雑な処理を行っているので、コストがかかっていた。
本発明は、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にできる半導体レーザ駆動装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、半導体レーザに直列に接続され該半導体レーザに電流を供給して該半導体レーザを所定の光量で発光させる電流源と、前記半導体レーザと並列に接続された抵抗に直列に接続された電圧源と、この電圧源に直列に接続され前記半導体レーザをオン/オフさせるスイッチ回路とを有し、このスイッチ回路のオン/オフに応じて前記電流源から前記抵抗及び前記電圧源に流す電流をオン/オフするものであり、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にできる。
【0007】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源をツェナーダイオードとして該ツェナーダイオードのツェナー電圧を前記電圧源の電圧としたものであり、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にできる。
【0008】
請求項3に係る発明は、請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源を1つもしくは複数のダイオードで構成して該ダイオードの順方向降下電圧を前記電圧源の電圧としたものであり、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にできる。
【0009】
請求項4に係る発明は、請求項1、2または3記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗及び前記電圧源に前記電流源からの電流を流したときに前記半導体レーザに順方向電圧を印加するものであり、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にできる。
【0010】
請求項5に係る発明は、請求項4記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗及び前記電圧源に前記電流源からの電流を流したときに前記半導体レーザに印加する順方向電圧は前記半導体レーザが発光しない電圧であるものであり、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にできる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図8はレーザダイオードからなる半導体レーザ(以下LDと称する)の電圧−電流特性(V−I特性)を示し、図9はLDの電圧−光特性(V−L特性)を示す。LDの発光光量を制御するときには、図7に示すようなI−L特性に従い、LDに供給する電流量を制御し、所望のLD発光光量制御精度を得る。LDに供給する電流がIth以下であれば、LDは発光しない。LDに供給する電流がIth以上であれば、LDは発光して発光光量が電流量に応じて急激に増加する。
【0012】
LDは、ダイオードであるため、そのV−I特性は一般のシリコンダイオードと同じく図8に示すように電圧を徐々に増加させていったときに、ある電圧から急激(指数関数的)に電流量が増加する。図7に示すようにLDは、Ith以上の電流が流れると発光する。したがって、LDは図9に示すように電圧が閾値Vfld以上になると発光するというV−L特性を持つので、LDに与える電圧によってLDの点灯、消灯を制御することができる。Vfldを挟み込む2つの電圧を交互に高速度でLDに与えることによって、LDの点灯、消灯が高速に行われる(LDに流れる電流が高速にスイッチングする)。
【0013】
しかし、LD電圧によるLD発光のスイッチングは、LD電圧の変化に対するLD電流の変化が大きいので、所望のLD発光光量制御精度が得られない。
そこで、本発明の実施例では、LD発光のオン/オフ制御はLDの端子に印加する電圧で行うこととし、LDの発光光量の制御はLDに供給する電流量を電流源で制御するようにすることで、光量が制御された高速なLD発光のスイッチングを可能にする。
LD消灯時にLDに与える電圧がVfldに近い方が、LDの発光がより高速にスイッチングする。そのため、本発明の実施例では、LD消灯時にVfldに近いバイアス電圧を電圧源によりLDに与えておく。
【0014】
ところで、LDは経時で発光効率が変化し、LDのI−L特性は図7に示す実線から矢印の方向へシフトして破線のように変化する(LDが劣化する)ことが知られている。この変化により、LDのV−L特性も図9に示すように矢印の方向に変化し、Vfldが(+)方向にシフトしてしまう。このため、電圧源からLDに与えるバイアス電圧が一定のままであれば、LDの発光のスイッチング特性が変化することになる。
【0015】
LD消灯時は、バイアス電圧が変化していないから、LDの発光効率の低下が起こったときにLDから所定の光量を得るために電流源からLDへの供給電流が増加すると、その電流の増加分はLDにバイアス電圧を与えている電圧源に流れ込む。この電圧源に直列に抵抗を接続しておけば、電圧源に流れ込む電流が増加するに従い、その抵抗の電圧降下が増加し、これによりLDの端子電圧が増加する。これは、LDに電圧源から印加されるバイアス電圧がLDの発光効率の低下に伴い増加することであり、LDの発光効率の低下によって引き起こされるスイッチング特性の劣化を和らげるものである。
【0016】
図1は本発明の第1実施例を示す。この第1実施例は、請求項1に係る発明の実施例であり、LD1と直列に接続されLD1の発光光量を制御する電流源2と、LD1に並列に接続された抵抗3と、この抵抗3に直列に接続された電圧源4と、この電圧源4に直列に接続されスイッチング信号によりオン/オフさせるスイッチ回路5とからなり、抵抗3の電圧降下Vrと電圧源4の電圧Eとの合成電圧は図9に示すような電圧Vfldより小さい電圧である。
【0017】
図2は第1実施例のLD1点灯状態を示し、図3は第1実施例のLD1消灯状態を示す。第1実施例においては、LD1が点灯している状態はスイッチ回路5が開いている(オフしている)状態である。このとき、LD1は、図2に示すように電流源2から所定の光量が得られるように電流が供給される。また、LD1が消灯している状態は、図3に示すようにスイッチ回路5が閉じている(オンしている)状態である。このとき、LD1の端子電圧Vopは抵抗3の電圧降下Vrと電圧源4の電圧Eとの合成電圧と等しくなる。ゆえに、LD1の端子電圧Vopは図9に示すような電圧Vfldより小さい電圧である。
【0018】
LD1の端子電圧VopがVfldより小さいときにはLD1が発光するだけの電流がLD1に流れず、LD1は発光しない。電流源2から供給されている電流は、図8に示すようなLD1のV−I特性に従った電流量がLD1に流れ、LD1に流れきらない電流が抵抗3と電圧源4に流れる。
【0019】
LD1の発光効率の低下が起こったときは、LD1から所定の光量を得るために電流源2から供給される電流が増加する。この電流の増加分は抵抗3と電圧源4に流れ、抵抗3の電圧降下Vrが増加する。これにより、LD1の端子にかかるバイアス電圧が増加する。
【0020】
LD1の発光効率の低下により、LD1のVfldが(+)方向に変化するが、LD1の端子にかかるバイアス電圧が増加することで、Vfldとバイアス電圧との差の変化量はVfldの変化量より小さくなり、抵抗3が無い場合に比べてLD1発光のスイッチング特性の劣化は和らぐことになる。
【0021】
このように、第1実施例は、請求項1に係る発明の実施例であって、LD1に直列に接続され該LD1に電流を供給して該LD1を所定の光量で発光させる電流源2と、前記LD1と並列に接続された抵抗3と、この抵抗3に直列に接続された電圧源4と、この電圧源4に直列に接続され前記LD1をオン/オフさせるスイッチ回路5とを有し、このスイッチ回路5のオン/オフに応じて前記電流源2から前記抵抗3及び前記電圧源4に流す電流をオン/オフするので、LDの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0022】
図4は本発明の第2実施例を示す。この第2実施例は、請求項2に係る発明の実施例であり、上記第1実施例において、電圧源4をツェナーダイオード6に置き換えてツェナーダイオード6のツェナー電圧VzをVfldより小さく設定したものである。スイッチ回路5が閉じているときには、ツェナーダイオード6は電流源2から電流が流れてツェナー電圧Vzを発生し、抵抗3の電圧降下Vrとツェナーダイオード6のツェナー電圧Vzとの合成電圧がLD1の端子電圧Vopと等しくなる。ゆえに、LD1の端子電圧Vopは図9に示すような電圧Vfldより小さい電圧である。
【0023】
このように、第2実施例は、請求項2に係る発明の実施例であって、請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源4をツェナーダイオード6として該ツェナーダイオード6のツェナー電圧Vzを前記電圧源4の電圧としたので、LDの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0024】
図5は本発明の第3実施例を示す。この第3実施例は、請求項3に係る発明の実施例であり、上記第1実施例において、前記電圧源4をダイオード7に置き換えてダイオード7の順方向降下電圧Vfを前記電圧源4の電圧としたものである。ダイオード7の順方向降下電圧VfはVfldより小さく設定されている。スイッチ回路5が閉じているときには、ダイオード7は電流源2から電流が流れて順方向降下電圧Vfを発生し、抵抗3の電圧降下Vrとダイオード7の順方向降下電圧Vfとの合成電圧がLD1の端子電圧Vopと等しくなる。ゆえに、LD1の端子電圧Vopは図9に示すような電圧Vfldより小さい電圧である。
【0025】
図6は本発明の第4実施例を示す。この第4実施例は、請求項3に係る発明の他の実施例であり、上記第1実施例において、スイッチ回路5をトランジスタ8で構成し、電流源2をトランジスタ9及び抵抗10〜12からなる電流源で構成したものである。電流源2は電流指示信号に応じた電流を出力し、トランジスタ8はスイッチング信号によりオン/オフされる。
なお、上記第3実施例及び第4実施例は、ダイオード7が1つであるが、これを同方向に向けて直列に接続した複数のダイオードとしてもよい。
【0026】
このように、第3実施例及び第4実施例は、請求項3に係る発明の実施例であって、請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源4を1つもしくは複数のダイオード7で構成して該ダイオード7の順方向降下電圧を前記電圧源4の電圧としたので、LDの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0027】
また、上記第1実施例乃至第4実施例は、請求項4に係る発明の実施例でもあって、請求項1、2または3記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗3及び前記電圧源4、6、7に前記電流源2からの電流を流したときに前記LD1に順方向電圧を印加するものであり、上記第1実施例乃至第4実施例と同様にLDの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0028】
さらに、上記第1実施例乃至第4実施例は、請求項5に係る発明の実施例でもあって、請求項4記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗3及び前記電圧源4、6、7に前記電流源2からの電流を流したときに前記LD1に印加する順方向電圧は前記LD1が発光しない電圧であり、上記第1実施例乃至第4実施例と同様にLDの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように請求項1に係る発明によれば、半導体レーザに直列に接続され該半導体レーザに電流を供給して該半導体レーザを所定の光量で発光させる電流源と、前記半導体レーザと並列に接続された抵抗に直列に接続された電圧源と、この電圧源に直列に接続され前記半導体レーザをオン/オフさせるスイッチ回路とを有し、このスイッチ回路のオン/オフに応じて前記電流源から前記抵抗及び前記電圧源に流す電流をオン/オフするので、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0030】
請求項2に係る発明によれば、請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源をツェナーダイオードとして該ツェナーダイオードのツェナー電圧を前記電圧源の電圧としたので、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0031】
請求項3に係る発明によれば、請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源を1つもしくは複数のダイオードで構成して該ダイオードの順方向降下電圧を前記電圧源の電圧としたので、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0032】
請求項4に係る発明によれば、請求項1、2または3記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗及び前記電圧源に前記電流源からの電流を流したときに前記半導体レーザに順方向電圧を印加するので、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【0033】
請求項5に係る発明によれば、請求項4記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗及び前記電圧源に前記電流源からの電流を流したときに前記半導体レーザに印加する順方向電圧は前記半導体レーザが発光しない電圧であるので、半導体レーザの発光を高速にスイッチングすることが可能で、煩雑な処理を必要とせずに安価にでき、さらに経時によるLD発光のスイッチング特性の劣化を和らげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す回路図である。
【図2】同第1実施例の半導体レーザ点灯状態を示す等価回路図である。
【図3】同第1実施例の半導体レーザ消灯状態を示す等価回路図である。
【図4】本発明の第2実施例を示す回路図である。
【図5】本発明の第3実施例を示す回路図である。
【図6】本発明の第4実施例を示す回路図である。
【図7】半導体レーザの電流−光特性を示す特性図である。
【図8】半導体レーザの電圧−電流特性を示す特性図である。
【図9】半導体レーザの電圧−光特性を示す特性図である。
【図10】従来の半導体レーザ駆動装置の一例を示す回路図である。
【図11】同半導体レーザ駆動装置の動作特性を示す特性図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ
2 電流源
3 抵抗
4 電圧源
5 スイッチ回路
6 ツェナーダイオード
7 ダイオード
8、9 トランジスタ
10〜12 抵抗
13 バイアス電流源
14 スイッチング電流源
Claims (5)
- 半導体レーザに直列に接続され該半導体レーザに電流を供給して該半導体レーザを所定の光量で発光させる電流源と、前記半導体レーザと並列に接続された抵抗に直列に接続された電圧源と、この電圧源に直列に接続され前記半導体レーザをオン/オフさせるスイッチ回路とを有し、このスイッチ回路のオン/オフに応じて前記電流源から前記抵抗及び前記電圧源に流す電流をオン/オフすることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
- 請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源をツェナーダイオードとして該ツェナーダイオードのツェナー電圧を前記電圧源の電圧としたことを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
- 請求項1記載の半導体レーザ駆動装置において、前記電圧源を1つもしくは複数のダイオードで構成して該ダイオードの順方向降下電圧を前記電圧源の電圧としたことを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
- 請求項1、2または3記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗及び前記電圧源に前記電流源からの電流を流したときに前記半導体レーザに順方向電圧を印加することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
- 請求項4記載の半導体レーザ駆動装置において、前記抵抗及び前記電圧源に前記電流源からの電流を流したときに前記半導体レーザに印加する順方向電圧は前記半導体レーザが発光しない電圧であることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
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