JP7318718B2

JP7318718B2 - レーザダイオード駆動回路

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Publication number: JP7318718B2
Application number: JP2021550324A
Authority: JP
Inventors: 高広松岡; 直美滝本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2040-06-18
Also published as: JPWO2021065097A1; DE112020004724T5; US20220224075A1; CN114521312A; CN114521312B; WO2021065097A1

Description

本開示は、レーザダイオード駆動回路に関する。

近年、自動車システムや気象観測システムなどにＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）が用いられることがある。ＬｉＤＡＲは、パルス状に発光するレーザダイオードからの光（光パルス）を照射し、それに対する散乱光を測定することで、遠距離にある対象までの距離やその対象の性質を分析するシステムである。

このＬｉＤＡＲに用いることが可能なレーザダイオード駆動回路については、さまざま開発されている（特許文献１，２）。特許文献１では、直流電源、インダクタ、電流逆流防止素子、コンデンサ、および当該コンデンサの放流電流により発光するレーザダイオードを直列に接続した直列回路と、スイッチング素子と、制御回路とを含む、レーザダイオード駆動回路が開示されている。特許文献１のスイッチング素子は、一端が、電流逆流防止素子とコンデンサとの間に接続され、制御回路が制御しているオン・オフの状態によってインダクタに流れる電流をスイッチングしている。

特許文献２では、各レーザダイオードのアノード側に充電用のスイッチング素子のドレイン電極がそれぞれ接続され、充電用のスイッチング素子のソース電極が電源に接続した構成が開示されている。さらに、特許文献２では、各レーザダイオードのカソード側に、駆動用のスイッチング素子のドレイン電極が接続され、各レーザダイオードのアノードとＧＮＤ配線との間にコンデンサがそれぞれ接続されている。

特開２０１６－１５２３３６号公報特開２００９－１７０８７０号公報

しかし、特許文献１の構成では、複数のレーザダイオードを駆動させる場合、複数のレーザダイオードを順番に発光させて短パルスの光パルスを照射することができず、複数のレーザダイオードをそれぞれ個別に制御する回路構成を採用することができない。

また、特許文献２の構成では、あるレーザダイオードを駆動するために、それに対応するスイッチング素子のオン・オフの状態を切り替えると、スイッチング素子のドレイン電極とソース電極との間に存在する寄生容量を介して、他のレーザダイオードにも電流が流れてしまい、発光してしまう。そのため、特許文献２の構成では、発光させたくないタイミングでレーザダイオードが発光することがあった。

そこで、本開示の目的は、発光させたいタイミングで、発光させたいレーザダイオードのみを個別に発光させることができるレーザダイオード駆動回路を提供することである。

本開示の一形態に係るレーザダイオード駆動回路は、少なくとも１つのレーザダイオードと、レーザダイオードのアノード側に対して直列に接続され、レーザダイオードに電流を供給するＯＮ状態と電流を供給しないＯＦＦ状態とを切り替える駆動用スイッチング素子と、一端が駆動用スイッチング素子に接続され、レーザダイオードに電流を供給する駆動用コンデンサと、駆動用スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、ドライブ回路に駆動用スイッチング素子の駆動に必要な電圧を供給するブートストラップ回路と、を備える。ブートストラップ回路は、一端が駆動用スイッチング素子のソース電極に接続され、他端が駆動用スイッチング素子のゲート電極に接続されたドライブ回路に接続され、所定の電荷を充電するコンデンサと、コンデンサの一端に接続され、コンデンサの充電時に、コンデンサに流れる電流が並列に接続されたレーザダイオードに流れることを抑制する電流抑制素子と、を含む。

本開示の一形態によれば、カソードが接続されたレーザダイオードを駆動させる際、発光させたくないタイミングでレーザダイオードが発光することを防ぐことができる。

実施の形態１におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。実施の形態１の変形例におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。実施の形態１の変形例におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。実施の形態１の変形例におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。実施の形態２におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。スイッチング素子と駆動用スイッチング素子とのスイッチングのタイミングを示すタイミングチャートである。実施の形態２の変形例におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。実施の形態２の変形例におけるレーザダイオード駆動回路を示す回路図である。

以下、各実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１を参照して、実施の形態１におけるレーザダイオード駆動回路について説明する。図１は、実施の形態１におけるレーザダイオード駆動回路１０を示す回路図である。レーザダイオード駆動回路１０は、ＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）など短パルスの光パルスを出力するシステムに採用され、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を駆動する。なお、以下の実施の形態では、２つのレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動回路について説明するが、これに限られず、レーザダイオード駆動回路は、１つのレーザダイオード、または３つ以上のレーザダイオードを駆動する構成でもよい。

レーザダイオード駆動回路１０は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２、駆動用電源Ｖｄ、駆動用コンデンサＣｄ、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２、ドライブ回路Ｄｒ１，Ｄｒ２、ブートストラップ回路Ｃｒ１，Ｃｒ２、およびドライブ回路用電源Ｖａを備える。

レーザダイオードＬＤ１、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１、ドライブ回路Ｄｒ１、およびブートストラップ回路Ｃｒ１はアームＡｒ１を構成し、レーザダイオードＬＤ２、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ２、ドライブ回路Ｄｒ２、およびブートストラップ回路Ｃｒ２はアームＡｒ２を構成する。なお、レーザダイオード駆動回路１０には２つのレーザダイオード（レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２）が接続されているが、少なくとも１つのレーザダイオードが接続されていればよく、アームは接続されるレーザダイオード毎に設けられる。

レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は、駆動用コンデンサＣｄから供給される電流によって発光する。レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光タイミングは、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２によって制御される。駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを高速に切り替えることにより、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から短パルスの光パルスを発光させることができる。レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のアノードは駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２のソース電極に接続され、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のカソードはグランドに接続される。

駆動用電源Ｖｄは、直流電源である。駆動用電源Ｖｄは、駆動用コンデンサＣｄに電流を供給する。

駆動用コンデンサＣｄは、駆動用電源Ｖｄから供給される電荷を蓄え、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に電流を供給する。駆動用コンデンサＣｄは、駆動用電源Ｖｄとグランドとの間に設けられている。また、駆動用コンデンサＣｄの一端は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２の一端に接続されている。

駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に電流を供給するＯＮ状態と電流を供給しないＯＦＦ状態とを切り替える。駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２は、ＭＯＳＦＥＴやＧａＮＦＥＴ等のＮ型のスイッチング素子であり、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のアノード側に対して直列に接続される。なお、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２は、Ｐ型のスイッチング素子でもよいが、Ｎ型のスイッチング素子を採用することでレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流す大電流を高速にスイッチングすることが可能となる。

ドライブ回路Ｄｒ１，Ｄｒ２は、レーザダイオード駆動回路１０を用いるＬｉＤＡＲから入力される制御信号に基づいて、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２のＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えを制御する。ドライブ回路Ｄｒ１，Ｄｒ２は、ＯＮ信号を受信した場合に駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２をＯＮ状態に切り替え、ＯＦＦ信号を受信した場合に駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２をＯＦＦ状態に切り替える。

ブートストラップ回路Ｃｒ１，Ｃｒ２は、ドライブ回路用電源Ｖａ（直流電源）から供給される電荷を蓄え、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２の駆動に必要な電圧をドライブ回路Ｄｒ１，Ｄｒ２に供給する。これにより、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２が駆動する。ブートストラップ回路Ｃｒ１，Ｃｒ２は、電流逆流防止素子Ｄａ１，Ｄａ２、コンデンサＣａ１，Ｃａ２、およびインダクタＬａ１，Ｌａ２を含む。

電流逆流防止素子Ｄａ１，Ｄａ２は、ドライブ回路用電源Ｖａに向かって電流が流れることを防止するためのダイオードである。

コンデンサＣａ１，Ｃａ２は、ドライブ回路用電源Ｖａから供給される電荷を蓄え、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２の駆動に必要な電圧をドライブ回路Ｄｒ１，Ｄｒ２に供給する。コンデンサＣａ１，Ｃａ２は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態の時に充電される。コンデンサＣａ１，Ｃａ２は、一端が駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２のソース電極に接続され、他端が駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２のゲート電極に接続されたドライブ回路Ｄｒ１，Ｄｒ２に接続される。

レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で短パルスの光パルスを発光させる場合、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２でＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えを高速で行うため、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２には、高い周波数の電圧および電流が印加されることになる。しかし、高い周波数の電流を遮断する作用を持つインダクタＬａ１，Ｌａ２により、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で短パルスの光パルスを発光させるときには、インダクタＬａ１，Ｌａ２に電流が流れない。一方、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時にコンデンサＣａ１，Ｃａ２に流れる電流は、低い周波数の電流であるため、インダクタＬａ１，Ｌａ２に電流が流れ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れない。つまり、インダクタＬａ１，Ｌａ２は、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時にコンデンサＣａ１，Ｃａ２に流れる電流がレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れることを抑制する電流抑制素子として動作している。インダクタＬａ１，Ｌａ２は、一端がコンデンサＣａ１，Ｃａ２の一端に接続され、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に対して並列に接続される。

具体的に、レーザダイオード駆動回路１０において、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れる電流の周波数（パルス周波数）は１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下の範囲であり、コンデンサＣａ１，Ｃａ２に流れる電流の周波数（発光周波数）は５００ｋＨｚ以下である。レーザダイオード駆動回路１０では、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のパルス周波数においては、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のインピーダンス（接続点Ａ１，Ａ２と接続点Ｂ１，Ｂ２との間でレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を含む経路のインピーダンス）の絶対値はインダクタＬａ１，Ｌａ２のインピーダンスの値より小さくなるように構成される。なお、インダクタＬａ１，Ｌａ２のインダクタンスＬは、コンデンサＣａ１，Ｃａ２から放電された電荷量を発光周波数ｆｓｗ（光パルスを発光する周期の逆数）の１周期分の時間内で充電することができる範囲内の値である。また、インダクタＬａ１，Ｌａ２のインダクタンスＬは、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れる電流がレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光に必要な電流量より小さくなるような値である。

さらに詳しく、インダクタＬａ１，Ｌａ２のインダクタンスをＬ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で発光する光パルスのパルス周波数をｆｌｄ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で光パルスを発光する発光周波数をｆｓｗ、およびレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のインピーダンスをＺｌｄとする。ここで、パルス周波数ｆｌｄは、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で発光する光パルスのｓｉｎ波の１／２周期として定義する。発光周波数ｆｓｗは、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で発光する光パルスの間隔を１周期として定義する。インピーダンスＺｌｄは、図１に示す接続点Ａ１，Ａ２と接続点Ｂ１，Ｂ２との間でレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を含む経路のインピーダンスとして定義する。もちろん、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２自体のインピーダンスが、他の部分のインピーダンスより大きければ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２自体のインピーダンスをインピーダンスＺｌｄとしてもよい。

インダクタＬａ１，Ｌａ２のインダクタンスＬと、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のインピーダンスＺｌｄとの関係は、以下の式１を満たす。
｜Ｚｌｄ｜＜２πｆｌｄ×Ｌ・・・（式１）

このようなインダクタＬａ１，Ｌａ２の周波数特性により、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時には、電流Ｉ１，Ｉ２はドライブ回路用電源Ｖａから電流逆流防止素子Ｄａ１，Ｄａ２、コンデンサＣａ１，Ｃａ２、およびインダクタＬａ１，Ｌａ２を経てグランドに流れ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２には流れない。

また、このようなインダクタＬａ１，Ｌａ２の周波数特性により、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の駆動時には、電流は駆動用コンデンサＣｄから駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２を経てレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れ、インダクタＬａ１，Ｌａ２には流れない。

このように、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時（駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態の場合）には、電流はインダクタＬａ１，Ｌａ２に流れ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のアノード－カソード間にはほとんど電圧がかからないため、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は発光しない。これにより、発光させたくないタイミングでレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２が発光してしまうことを抑制することができる。

また、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時（駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態の場合）には、電流はインダクタＬａ１，Ｌａ２に流れ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のアノード－カソード間にはほとんど電圧がかからないため、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の両端にはドライブ回路用電源Ｖａとほぼ等しい電圧がかかる。これにより、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２の駆動に必要な高電圧を確保することができるので、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２をＯＮ状態にした場合に、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に大電流を急峻に流すことができる。

また、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の駆動時（駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＮ状態の場合）には、電流は駆動用コンデンサＣｄから駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２を経てレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れ、インダクタＬａ１，Ｌａ２には流れない。

また、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることによって発光する。これにより、発光させたいタイミングで発光させたいレーザダイオードに対応する駆動用スイッチング素子をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることにより、発光させたいタイミングで発光させたいレーザダイオードを個別に発光させることができる。

図２～図４を参照して、実施の形態１の変形例について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。

図２は、実施の形態１の変形例におけるレーザダイオード駆動回路１１を示す回路図である。レーザダイオード駆動回路１１は、抵抗素子Ｒｄを備える点でレーザダイオード駆動回路１０と異なる。抵抗素子Ｒｄは、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のパルス駆動中に、駆動用電源Ｖｄから駆動用コンデンサＣｄに供給される電荷量を小さく抑える。抵抗素子Ｒｄは、一端が駆動用電源Ｖｄに接続され、他端が駆動用コンデンサＣｄに接続される。

これにより、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＮ状態となり、駆動用コンデンサＣｄに蓄積された電荷がレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に供給される際に駆動用電源Ｖｄから駆動用コンデンサＣｄへ流れる電流を制限することができ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を短パルスで駆動させることができる。

図３は、実施の形態１の変形例におけるレーザダイオード駆動回路１２を示す回路図である。アームＡｒ１，Ａｒ２毎に駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２および電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２を備える点でレーザダイオード駆動回路１０と異なる。

駆動用コンデンサＣｄ１は、駆動用電源Ｖｄから供給される電荷を蓄え、レーザダイオードＬＤ１に電流を供給する。駆動用コンデンサＣｄ２は、駆動用電源Ｖｄから供給される電荷を蓄え、レーザダイオードＬＤ２に電流を供給する。駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２は、駆動用電源Ｖｄとグランドとの間に設けられている。また、駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２の一端は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２の一端に接続されている。

電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２は、駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２に蓄えられている電流（電荷）がレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れる時に、当該電流が他のアームに接続されるレーザダイオードに流れることを防止するためのダイオードである。電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２のアノード側に駆動用電源Ｖｄが接続され、電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２のカソード側に駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２が接続される。

レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の駆動時（駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＮ状態の場合）には、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２、または部品間配線の寄生容量、寄生インダクタンス、または寄生抵抗により、発光させたいレーザダイオード以外のレーザダイオードにも電流が流れる虞がある。しかしながら、レーザダイオード駆動回路１２では、アームＡｒ１，Ａｒ２毎に駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２および電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２が設けられているため、駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２から放出される電流が異なるアームのレーザダイオード（発光させたくないレーザダイオード）へ流れることを抑制することができる。なお、電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２は、駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２から放出される電流が異なるアームに流れることを抑制できればよいので、抵抗素子であってもよいし、インダクタであってもよい。

図４は、実施の形態１の変形例におけるレーザダイオード駆動回路１３を示す回路図である。レーザダイオード駆動回路１３は、アームＡｒ１，Ａｒ２毎に抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２を備える点でレーザダイオード駆動回路１０と異なる。

抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２は、コンデンサＣａ１，Ｃａ２とグランドとの間で、コンデンサＣａ１，Ｃａ２に対して直列に接続される。レーザダイオード駆動回路１３において、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のパルス周波数は１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下の範囲であり、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光周波数は５００ｋＨｚ以下である。レーザダイオード駆動回路１３では、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のパルス周波数においては、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のインピーダンス（接続点Ａ１，Ａ２と接続点Ｂ１，Ｂ２との間でレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を含む経路のインピーダンス）の絶対値はインダクタＬａ１，Ｌａ２のインピーダンスと抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２のインピーダンスの合算の値より小さくなるように構成される。

具体的には、抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２の抵抗値をＲ、インダクタＬａ１，Ｌａ２のインダクタンスをＬ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のパルス周波数をｆｌｄ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光周波数をｆｓｗ、およびレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のインピーダンス（接続点Ａ１，Ａ２と接続点Ｂ１，Ｂ２との間でレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を含む経路のインピーダンス）をＺｌｄと定義した場合、レーザダイオード駆動回路１３は、以下の式２を満たす。
｜Ｚｌｄ｜＜２πｆｌｄ×Ｌ＋Ｒ・・・（式２）

コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時には、コンデンサＣａ１，Ｃａ２とインダクタＬａ１，Ｌａ２との間でリンギング（ノイズ）が発生する場合がある。しかしながら、レーザダイオード駆動回路１３では、コンデンサＣａ１，Ｃａ２とインダクタＬａ１，Ｌａ２との間に抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２を設けることによって、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時に発生するリンギング（ノイズ）を抑制することができる。

なお、抵抗素子Ｒａ１，Ｒａ２は、コンデンサＣａ１，Ｃａ２に対して直列に接続されていればよく、接続位置はコンデンサＣａ１，Ｃａ２とグランドとの間でなくてもよい。

［実施の形態２］
実施の形態２におけるレーザダイオード駆動回路について説明する。実施の形態１では、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時に電流がレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れることを抑制するためにインダクタＬａ１，Ｌａ２を備えていた。これに対し、実施の形態２では、コンデンサの充電時における電流の流れをスイッチング素子で制御する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。

図５は、実施の形態２におけるレーザダイオード駆動回路２０を示す回路図である。図６は、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２と駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１、Ｓｗｄ２とのスイッチングのタイミングを示すタイミングチャートである。

図５を参照して、レーザダイオード駆動回路２０には、実施の形態１で示したインダクタＬａ１，Ｌａ２に替えてスイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２が接続されている。スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２は、電流抑制素子の一例である。スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態のときには、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２に電流が流れ、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＦＦ状態のときには、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２に電流が流れない。スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２のＯＮとＯＦＦとの切り替えは、ドライブ回路Ｄｒｆ１，Ｄｒｆ２によって行われる。スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２は、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電時にＯＮ状態に制御され、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電が完了するとＯＦＦ状態に制御される。

図５および図６を参照して、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２（図６では「Ｓｗｆ（ｉ）」と記載（ｉは整数））は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２（図６では「Ｓｗｄ（ｉ）」と記載（ｉは整数））のＯＦＦ状態の期間のいずれかのタイミングでＯＮ状態に制御される。スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態に制御されると、電流Ｉ１，Ｉ２はドライブ回路用電源Ｖａから電流逆流防止素子Ｄａ１，Ｄａ２、コンデンサＣａ１，Ｃａ２、およびスイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２を経てグランドに流れ、コンデンサＣａ１，Ｃａ２が充電される。このとき、電流は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２には流れない。コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電が完了する十分な時間が経過した後、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２はＯＦＦ状態に制御される。その後、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２が必要な時間だけＯＮ状態に制御され、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に電流が流れる。

図６に示すタイミング（ａ）およびタイミング（ｃ）は、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電が完了したタイミング（スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わるタイミング）を示し、図６に示すタイミング（ｂ）およびタイミング（ｄ）は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるタイミングを示している。このように、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わるタイミングと駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるタイミングとが重ならないように制御される。スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態に制御される期間は、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の充電に十分な期間であればよい。駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＮ状態に制御される期間は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を発光させるために十分な期間であればよい。なお、図６では、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ（ｉ）がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わるタイミング（ｅ）の後に、スイッチング素子Ｓｗｆ（ｉ）がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるタイミング（ｆ）が来るように、レーザダイオード駆動回路２０は駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ（ｉ）およびスイッチング素子Ｓｗｆ（ｉ）を制御している。しかし、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ（ｉ）がＯＮ状態に制御される期間よりも短い光パルスをレーザダイオードＬＤ（ｉ）（ｉは整数）で発光させたい場合、レーザダイオード駆動回路２０はタイミング（ｆ）の後に、タイミング（ｅ）が来るように駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ（ｉ）およびスイッチング素子Ｓｗｆ（ｉ）を制御してもよい。つまり、レーザダイオード駆動回路２０は、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ（ｉ）がＯＮ状態に制御される期間の途中で、スイッチング素子Ｓｗｆ（ｉ）をＯＮ状態にして、強制的に駆動用コンデンサＣｄの電荷をグランドに逃がすことで、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ（ｉ）がＯＮ状態に制御される期間よりも短い光パルスを実現することができる。

このように、コンデンサＣａ１，Ｃａ２を充電する場合（スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態、かつ、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態の場合）には、電流はスイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２に流れ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のアノード－カソード間にはほとんど電圧がかからないため、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は発光しない。これにより、発光させたくないタイミングでレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２が発光してしまうことを抑制することができる。

コンデンサＣａ１，Ｃａ２を充電する場合（スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＮ状態、かつ、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＦＦ状態の場合）には、電流はスイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２に流れ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のアノード－カソード間にはほとんど電圧がかからないため、コンデンサＣａ１，Ｃａ２の両端にはドライブ回路用電源Ｖａとほぼ等しい電圧がかかる。これにより、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２の駆動に必要な高電圧を確保することができるので、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２をＯＮ状態にした場合に、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に大電流を急峻に流すことができる。

また、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の駆動時（スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２がＯＦＦ状態、かつ、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＮ状態の場合）には、電流は駆動用コンデンサＣｄから駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２を経てレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に流れ、スイッチング素子Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２には流れない。

なお、レーザダイオード駆動回路２０には２つのレーザダイオード（レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２）が接続されているが、少なくとも１つのレーザダイオードが接続されていればよく、アームは接続されるレーザダイオード毎に設けられる。

図７および図８を参照して、実施の形態２の変形例について説明する。実施の形態１または実施の形態２と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。

図７は、実施の形態２の変形例におけるレーザダイオード駆動回路２１を示す回路図である。レーザダイオード駆動回路２１は、抵抗素子Ｒｄを備える点でレーザダイオード駆動回路２０と異なる。抵抗素子Ｒｄは、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のパルス駆動中に、駆動用電源Ｖｄから駆動用コンデンサＣｄに供給される電荷量を小さく抑える。抵抗素子Ｒｄは、一端が駆動用電源Ｖｄに接続され、他端が駆動用コンデンサＣｄに接続される。

図８は、実施の形態２の変形例におけるレーザダイオード駆動回路２２を示す回路図である。アームＡｒ１，Ａｒ２毎に駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２および電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２を備える点でレーザダイオード駆動回路２０と異なる。

レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の駆動時（駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２がＯＮ状態の場合）には、駆動用スイッチング素子Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２、または部品間配線の寄生容量、寄生インダクタンス、または寄生抵抗により、発光させたいレーザダイオード以外のレーザダイオードにも電流が流れる虞がある。しかしながら、レーザダイオード駆動回路２２では、アームＡｒ１，Ａｒ２毎に駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２および電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２が設けられているため、駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２から放出される電流が異なるアームのレーザダイオード（発光させたくないレーザダイオード）へ流れることを抑制することができる。なお、電流逆流防止素子Ｄｄ１，Ｄｄ２は、駆動用コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２から放出される電流が異なるアームに流れることを抑制できればよいので、抵抗素子であってもよいし、インダクタであってもよい。

［その他の変形例］
これまで説明したレーザダイオード駆動回路では、２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を発光させる構成について説明したが、３つ以上のレーザダイオードを発光させる構成についても同様に適用することができる。例えば、ｎ個のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２，・・・，ＬＤｎを駆動するレーザダイオード駆動回路では、各々の接続点Ａ１，Ａ２，・・・，Ａｎと接続点Ｂ１，Ｂ２，・・・，Ｂｎとの間にインダクタＬａ１，Ｌａ２，・・・，Ｌａｎを接続する。そして、各々のインダクタのインダクタンスと、各々のレーザダイオードのインピーダンスとの関係は、以下の式３を満たす。ここで、各々のインダクタＬａ（ｉ）のインダクタンスをＬ（ｉ）と、各々のレーザダイオードＬＤ（ｉ）のインピーダンスをＺｌｄ（ｉ）と定義する。ただし、ｉは１からｎまでの整数とする。
｜Ｚｌｄ（ｉ）｜＜２πｆｌｄ×Ｌ（ｉ）・・・（式３）
また、インダクタＬａ（ｉ）のインダクタンスＬ（ｉ）は、コンデンサＣａ（ｉ）の充電時にレーザダイオードＬＤ（ｉ）に流れる電流がレーザダイオードＬＤ（ｉ）の発光に必要な電流量より小さくなるような値である。

また、レーザダイオード駆動回路は、インダクタＬａ１，Ｌａ２，・・・，Ｌａｎの各々に抵抗素子を直列に接続する構成についても同様に適用することができる。この場合、各々のインダクタのインダクタンスと、各々のレーザダイオードのインピーダンスとの関係は、以下の式４を満たす。ここで、各々の抵抗素子Ｒａ（ｉ）の抵抗値をＲ（ｉ）と定義する。ただし、ｉは１からｎまでの整数とする。
｜Ｚｌｄ（ｉ）｜＜２πｆｌｄ×Ｌ（ｉ）＋Ｒ（ｉ）・・・（式４）

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１１，１２，１３，２０，２１，２２レーザダイオード駆動回路、Ａｒ１，Ａｒ２アーム、Ｃａ１，Ｃａ２コンデンサ、Ｃｄ，Ｃｄ１，Ｃｄ２駆動用コンデンサ、Ｃｒ１，Ｃｒ２ブートストラップ回路、Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄｄ１，Ｄｄ２電流逆流防止素子、Ｄｒ１，Ｄｒ２，Ｄｒｆ１，Ｄｒｆ２ドライブ回路、ＬＤ１，ＬＤ２レーザダイオード、Ｌａ１，Ｌａ２インダクタ、Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒｄ抵抗素子、Ｓｗｄ１，Ｓｗｄ２駆動用スイッチング素子、Ｓｗｆ１，Ｓｗｆ２スイッチング素子、Ｖａドライブ回路用電源、Ｖｄ駆動用電源。

Claims

レーザダイオード駆動回路であって、
複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、前記レーザダイオードのアノード側に対して直列に接続され、前記レーザダイオードに電流を供給するＯＮ状態と電流を供給しないＯＦＦ状態とを切り替える駆動用スイッチング素子と、
前記複数のレーザダイオードの各々に対して、または、前記複数のレーザダイオードに対して共通に設けられ、一端が前記駆動用スイッチング素子のドレイン電極に接続され、他端が前記レーザダイオードのカソード側と接続され、前記レーザダイオードに電流を供給する駆動用コンデンサと、
前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、一端が前記駆動用スイッチング素子のソース電極に接続され、他端が前記駆動用スイッチング素子のゲート電極に接続され、前記駆動用スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、
前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、前記ドライブ回路に前記駆動用スイッチング素子の駆動に必要な電圧を供給するブートストラップ回路と、を備え、
前記駆動用スイッチング素子の前記ソース電極は、前記レーザダイオードのアノード側と接続され、
前記ブートストラップ回路は、
前記ドライブ回路に並列に接続され、所定の電荷を充電するコンデンサと、
前記ブートストラップ回路の前記コンデンサに直列に接続され、前記レーザダイオードに並列に接続され、前記ブートストラップ回路の前記コンデンサの充電時に、前記ブートストラップ回路の前記コンデンサに流れる電流が前記レーザダイオードに流れることを抑制する電流抑制素子と、を含む、レーザダイオード駆動回路。
前記電流抑制素子は、インダクタである、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記レーザダイオードのインピーダンスの絶対値は、前記レーザダイオードに流れる電流の周波数での前記インダクタのインピーダンスの値より小さい、請求項２に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記レーザダイオードに流れる電流の周波数は、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下の範囲で、前記ブートストラップ回路の前記コンデンサに流れる電流の周波数は、５００ｋＨｚ以下である、請求項２または請求項３に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記ブートストラップ回路は、前記ブートストラップ回路の前記コンデンサと前記インダクタとの間に直列に接続され、前記ドライブ回路と前記駆動用スイッチング素子との各々と直列に接続される抵抗素子をさらに備える、請求項２～請求項４のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記レーザダイオードのインピーダンスの絶対値は、前記レーザダイオードに流れる電流の周波数での前記インダクタのインピーダンスと前記抵抗素子のインピーダンスの合算の値より小さい、請求項５に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記レーザダイオードに流れる電流の周波数は、１００ＭＨｚ以上から１ＧＨｚ以下の範囲で、前記ブートストラップ回路の前記コンデンサに流れる電流の周波数は、５００ｋＨｚ以下である、請求項５または請求項６に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記電流抑制素子は、スイッチング素子である、請求項１に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記駆動用コンデンサは、前記複数のレーザダイオードのそれぞれに対して電流を供給する共通に設けたコンデンサである、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記駆動用コンデンサは、前記複数のレーザダイオードのそれぞれに対して電流を供給する個別に設けたコンデンサである、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。
前記駆動用コンデンサは、前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、
前記複数のレーザダイオードの各々に対して設けられ、一端が前記駆動用コンデンサに接続され、他端が当該駆動用コンデンサに対応するレーザダイオードとは異なる他のレーザダイオードに接続されている配線に接続され、前記駆動用コンデンサに蓄えられている電流が当該駆動用コンデンサに対応する前記レーザダイオードに流れる時に、当該電流が前記他のレーザダイオードに流れることを防止する電流逆流防止素子をさらに備える、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載のレーザダイオード駆動回路。