(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号源とグランドレベルとの間に配されて、前記パルス信号源からのパルス信号に基づいて駆動される半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子と同一パッケージ内に内包され、かつアノード側が、前記半導体レーザ素子のカソード側と共通接続されると共に、前記半導体レーザ素子からの光を受けてその受光量に応じた受光信号を出力するモニタ用受光素子と、
前記パルス信号源及び前記半導体レーザ素子間に接続され、前記半導体レーザ素子に供給される電流量を調整する電流制御素子と、
前記パルス信号源及び前記電流制御素子間の接続ラインにおける電位レベルと、前記モニタ用受光素子からの受光信号レベルとに応じた駆動信号を前記電流制御素子の制御端子に与えて前記半導体レーザ素子への供給電流が所定値になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流を阻止する半導体素子とを備えていることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
例えば、いわゆる透過型のレーザセンサでは、互いに対向する投光素子及び受光素子を備えて、投光素子から出射され受光素子に至るレーザ光の光路途中に存在する物体の遮光状態により変化する受光素子での受光量変化に基づいて当該物体の存在の検出や位置及び寸法等の測定を行うよう構成されている。こうした光電センサにおいて安定した検出等を行うには、投光素子からのレーザ光出力を一定に保つ必要がある。そのために、従来からＡＰＣ(Automatic Power Control）制御によって投光素子を駆動制御することでレーザ光出力を一定に保つ構成が採られている。
【０００３】
具体的な構成及び動作について図２及び図３を参照しつつ説明する。図３において符号１は、例えばハイレベルが5[v]、ローレベルが0[v]のパルス信号を出力するパルス信号源である。また、符号２は、レーザダイオード３とフォトダイオード４とが同一チップに実装され、かつ、それらのプラス端子側が共通接続された一体型素子（以下、「マイナス単一電源タイプ素子２」という）であり、そのプラス端子がパルス信号源１に連なる電源ラインに接続されている。このうちレーザダイオード３は、カソード側がＮＰＮ型トランジスタ（以下、「トランジスタ５」という）及び抵抗６を介してグランドラインに接続されている。一方、フォトダイオード４はアノード側が抵抗７を介してグランドラインに接続されており、フォトダイオード４での受光量に応じた電流が抵抗７に流れ、その抵抗７の負荷電圧は検出回路８により検出される。駆動制御回路９は、検出回路８と、パルス信号源１及びマイナス単一電源タイプ素子２のプラス端子間の電源ラインとにそれぞれ接続され、検出回路８における検出レベルVaと、電源ラインにおける電位レベルVbとを所定のタイミングで随時読み込む。そして、図２に示すように、検出レベルVaと電位レベルVbとのレベル差に応じた駆動信号Sを出力する。次いで、レーザ駆動回路１０では駆動制御回路９からの駆動信号Sレベルに応じた電気信号Lをトランジスタ５のベースに与える。
【０００４】
ここで、例えばレーザダイオード３の点灯時のレーザ光出力レベルが所定値以下になったとき（図２で３つ目のパルス波が出力されたとき）には、フォトダイオード４での受光量レベルも低下し検出回路８における検出レベルVaが低下する。これに対して電源ラインにおける電位レベルVbは正常時と同じ5[v]に立ち上がるので、検出レベルVaと電位レベルVbとの差が大きくなる。そうすると、トランジスタ５には初期状態より高いレベルの電気信号Lが与えられてレーザダイオード３への供給電流量を増大させ、もってレーザ光出力レベルを高めるよう動作する。逆に、レーザダイオード３のレーザ光出力レベルが所定値以上になったとき（同図で４つ目のパルス波が出力されたとき）は、電位レベルVbは5[v]のままであるのに対して、検出レベルVaが正常時より高くなりそれらのレベル差が小さくなり、これに応じて低いレベルの駆動信号Sがトランジスタ５に与えられレーザダイオード３への供給電流量を低下させてレーザ光出力レベルを下げるよう動作する。これにより、そのレーザダイオード３のレーザ光出力を所定値に保つよう制御することができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年は、上記マイナス単一電源タイプ素子２ではなく、レーザダイオード３とフォトダイオード４のマイナス端子側が共通接続された一体型素子（以下、「プラス単一電源タイプ素子１１」という）が使用されることも多い。このプラス単一電源タイプ素子１１では、上記の回路構成（図３）を採用することはできず、図４に示すような回路構成を採用することになる。なお、各回路要素は図３に示す構成と同じである。
【０００６】
このように構成すれば、図３に示す構成と同様に、レーザダイオード３のレーザ光出力のレベル変動に対し、それに応じてトランジスタ５のベースに与えられる電気信号Lレベルも変更されてレーザダイオード３への供給電流量が調整され、もってレーザダイオード３のレーザ光出力を一定に保つ制御が可能になるはずである。
【０００７】
ところが、実際の回路では、図２に示すように、略方形波形のパルス信号に対して、駆動制御回路９からの駆動信号Sは立上がり部及び立下り部がなだらかに傾斜した波形となって現れる。これにより次のような現象が生じる。即ち、パルス信号源１からのパルス信号はハイレベルからローレベルに急速に下がる。それに同期してトランジスタ５のコレクタ側の電位もグランドレベル側に急速に低下してレーザダイオード３の駆動が停止され検出回路８での検出レベルVaは0[v]になる。その際、トランジスタ５のベースには所定レベルの電気信号Lがまだ与えられており、トランジスタ５のベース及びコレクタを介して駆動制御回路９の入力側に所定の電流が流れ込み駆動制御回路９の入力側に微小の電位が生じるのである。
【０００８】
そうすると、駆動制御回路９からは、検出レベル0[v]と電位レベルとの微小レベル差に応じた駆動信号Sが出力されてしまい、再びトランジスタ５のベース及びコレクタを介して駆動制御回路９の入力側に電流が流れ込み、更に駆動制御回路９の入力側における電位レベルVbが向上する。このような現象はパルス信号が次にローレベルからハイレベルに立ち上がるときまで繰り返され、駆動信号Sレベル及び電気信号Lレベルを向上させていく。この状態でパルス信号がハイレベルに立ち上がると、レーザダイオード３にいきなり大電流が流れて高いレーザ光出力で発光することになる。こうなると、ＡＰＣ制御によりレーザ光出力が一定になるまでに時間がかかるなど安定した駆動制御が行えないといった問題が生じる。
【０００９】
なお、上記問題を解決するために、図４の回路において、ＮＰＮ型トランジスタ５の代わりにＰＮＰ型トランジスタを使用することも考えられる。この構成であれば、パルス信号が立ち下がった際にベースに電気信号Lが与えられても、駆動制御回路９の入力側に電流が流れることはなくなる。ところが、実際の回路では、図２に示すようにパルス信号源１からのパルス信号も立下り部分が若干傾斜した波形となり信号レベルが不安定になる。そうすると、そのトランジスタのエミッタからベースに電流が流れ、やはり安定なく駆動制御が行えないといった問題が生じる。
【００１０】
なお、上述したマイナス単一電源タイプ素子２を用いたものでは、トランジスタ５のコレクタ及び駆動制御回路９の入力側との間にレーザダイオード２が接続されているから、トランジスタ５のベース及びコレクタを介して駆動制御回路９の入力側に向う電流が阻止されることになる。従って、実際の回路においても駆動信号Sの遅れによる誤制御が結果的に回避されていた。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、安定した駆動制御を行うことが可能な、いわゆるプラス単一電源タイプ素子を使用した半導体レーザ駆動装置を提供するところにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体レーザ駆動装置は、パルス信号源とグランドレベルとの間に配されて、パルス信号源からのパルス信号に基づいて駆動される半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子と同一パッケージ内に内包され、かつアノード側が、半導体レーザ素子のカソード側と共通接続されると共に、半導体レーザ素子からの光を受けてその受光量に応じた受光信号を出力するモニタ用受光素子と、パルス信号源及び半導体レーザ素子間に接続され、半導体レーザ素子に供給される電流量を調整する電流制御素子と、パルス信号源及び電流制御素子間の接続ラインにおける電位レベルと、モニタ用受光素子からの受光信号レベルとに応じた駆動信号を電流制御素子の制御端子に与えて半導体レーザ素子への供給電流が所定値になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流を阻止する半導体素子とを備えているところに特徴を有する。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
従来説明の項でも説明したとおりに、実際の回路ではパルス信号源からのパルス信号が立ち下がった際に、遅れてフィードバック制御手段からの駆動信号が立ち下がる。これにより、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流が発生する。ところが、本発明に係る半導体レーザ駆動装置には、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流を阻止する半導体素子が備えられている。従って、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に電流が流れ込むことはなく、フィードバック制御手段の入力側の電位レベルは常にパルス信号レベルにほぼ同期して変化することになる。これにより、半導体レーザ素子及びモニタ用受光素子が同一パッケージ内に内包され、かつ半導体レーザ素子のカソード側及びモニタ用受光素子のアノード側が共通接続された、いわゆるプラス単一電源タイプ素子を使用した半導体レーザ駆動装置において、安定した駆動制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１及び図２によって説明する。
例えば透過型のレーザセンサでは、互いに対向する投光素子及び受光素子を備えて、投光素子から出射され受光素子に至るレーザ光の光路途中に存在する物体の遮光状態により変化する受光素子での受光量変化に基づいて当該物体の存在の検出や位置及び寸法等の測定を行うよう構成されている。本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置２０は、こうした光電センサにおいて安定した検出等を行うために、投光素子からのレーザ光出力を所定値に保つためのものである。
【００１５】
まず、半導体レーザ駆動装置２０の回路構成について説明する。図１において符号２１は、半導体レーザ駆動装置２０の電源供給ラインＬ1の入力端子であり、この入力端子２１にパルス信号源５０が接続される。また、電源供給ラインＬ1及びグランドライン間には、パルス信号源５０からのパルス信号により生じるサージ電圧を吸収するためにツェナーダイオード及びコンデンサとからなる並列回路２２が接続されている。さらにそのパルス信号により駆動される発光ダイオード２３が接続され動作表示灯として機能する。次いで、符号２４は、レーザダイオード２５（本発明の「半導体レーザ素子」に相当する）とフォトダイオード２６（本発明の「モニタ用受光素子」に相当する）とが同一チップに実装され、かつ、マイナス端子側が共通接続された一体型素子（以下、「プラス単一電源タイプ素子２４」という）であり、そのマイナス端子がグランドラインに接続されている。このうちレーザダイオード２５は、そのアノード側が後述するトランジスタ２９及びダイオード３０等を介して前記電源供給ラインＬ1に接続されている。
【００１６】
一方、フォトダイオード２６は、そのカソード側が検出回路２７の入力側に接続され、検出回路２７はフォトダイオード２６での受光量に応じたレベルの検出信号をコンパレータ２８（本発明の「フィードバック制御手段」に相当する）のマイナス端子側に与える。そして、コンパレータ２８のマイナス端子側は前記入力端子２１に連なる電源供給ラインＬ1に接続されており、コンパレータ２８は検出回路２７から与えられる検出信号レベルVaと、パルス信号源５０からのパルス信号レベルに応じて変化するコンデンサ３１の電位レベルVbとを比較して、それらのレベル差に応じた駆動信号SをＮＰＮ型トランジスタ（以下「トランジスタ２９」という。本発明の「電流制御素子」に相当する。）のベースに与えれる。これにより駆動信号Sレベルに応じた供給電流がレーザダイオード２５に流れて、このレーザダイオード２５がパルス点灯されることになる。
【００１７】
さて、本発明の「半導体素子」に相当するダイオード３０は、そのアノード側がコンパレータ２８のプラス端子側に、カソード側がトランジスタ２９のコレクタ側にそれぞれ接続されている。
【００１８】
次に本発明に係る半導体レーザ駆動装置２０に作用効果について説明する。
まず、上記回路構成が理想的なものであるとした場合について説明する。まず、パルス信号源５０からパルス信号がローレベルからハイレベルに立ち上がると、コンパレータ２８においてプラス端子側のコンデンサ３１の電位レベルVbが徐々に上がっていく一方で、マイナス端子側の検出信号レベルVaは0[v]のままなので、その差に応じた駆動信号Sがトランジスタ２９のベースに与えられてレーザダイオード２５を発光し始める。すると、フォトダイオード２６は、レーザダイオード２５からのレーザ光を受けて、その受光量レベルに応じたレベルの検出信号がコンパレータ２８のマイナス端子側に与えられる。そして、プラス端子側の電位レベルVbとの差に応じた駆動信号Sが与えられて、レーザダイオード２５は所定値のレーザ光出力で発光することになる。
【００１９】
次いで、パルス信号源５０からパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がると、トランジスタ２９のコレクタ側の電位がグランドレベルに急速に低下し、レーザダイオード２５に供給電流が流れなくなりその発光を停止させる。これに伴ってフォトダイオード２６での受光量レベルもゼロとなる。従って、コンパレータ２８のプラス端子側の電位レベルVbも、マイナス端子側に与えられる検出信号レベルVaも共に0[v]になり、コンパレータ２８から駆動信号Sが出力されなくなる。このように理想的な回路であれば、パルス信号源５０のパルス信号波形と同様に、コンパレータ２８から出力される駆動信号Sも略方形状の波形を形成することになり、これに同期してレーザダイオード２５がパルス点灯されることになる。
【００２０】
ここで、例えばレーザダイオード２５が劣化して点灯時のレーザ光出力レベルが低下したとき（図２で、３つ目のパルス波が出力されたとき）には、フォトダイオード２６での受光量レベルも低下し検出回路２７における検出レベルVaが低下する。これに対して電源供給ラインＬ1における電位レベルVbは当初のレベルまで立ち上がっているから、検出レベルVaと電位レベルVbとのレベル差が大きくなる。そうすると、トランジスタ２９には当初よりレベルの高い電気信号Lが与えられてレーザダイオード２５への供給電流量を増大させ、もってレーザ光出力レベルを高めるよう動作する。逆に、レーザダイオード２５のレーザ光出力レベルが向上したときは、当初レベルのままの電位レベルVbに対して、検出レベルVaが当初より高くなりそれらのレベル差が小さくなり、これに応じて低い駆動信号Sレベルがトランジスタ２９に与えられレーザダイオード２５への供給電流量を低下させてレーザ光出力レベルを下げるよう動作する。これにより、そのレーザダイオード２５のレーザ光出力を一定に保つことができるのである。
【００２１】
さて、従来説明の項でも説明したとおりに、実際の回路では、図２に示すように、パルス信号よりも駆動信号Sの方が、立下り部分の傾斜の方が緩やかな波形となって現れる。これにより、トランジスタ２９のベース及びコレクタを介してコンパレータ２８のプラス端子側に電流が流れ込み、コンデンサ３１の電位レベルVbを向上させてコンパレータ２８が誤動作を行う原因になる。しかしながら、本実施形態では、トランジスタ２９のコレクタ側からコンパレータ２８のプラス端子側に流れ込む電流を阻止するために、それらの間にダイオード３０を接続して構成されている。従って、上述した理想的な回路構成の場合と同様に、パルス信号が立ち下がった際に、コンパレータ２８のプラス端子側のコンデンサ３１に電流が流れ込むことはなく、コンデンサ３１の電位レベルVbは常にパルス信号レベルにほぼ同期して変化することになる。これにより、プラス単一電源タイプ素子２４を使用した半導体レーザ駆動装置２０において安定した駆動制御を行うことができる。また、半導体レーザ素子に大電流がいきなり流れるといった状態を回避することができ、これに伴う半導体レーザ素子及びモニタ用受光素子の劣化促進を抑制することが可能になる。
【００２２】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、半導体素子としてダイオード３０を使用したが、これに限らず、トランジスタ２９からコンパレータ２８のプラス端子側に流れる電流を阻止することができるものであれば、例えばトランジスタ等であってもよい。
【００２３】
（２）上記実施形態では、レーザダイオード２５及びフォトダイオード２６が同一チップに実装されたプラス単一電源タイプ素子２４を例に挙げて説明したが、グランドラインが共通接続された物であれば、レーザダイオードとフォトダイオードとが別々チップにそれぞれ実装されているものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の回路構成図
【図２】パルス信号、電位レベル、検出レベル及び駆動信号のタイミングチャート図
【図３】光電センサの半導体レーザ駆動装置の回路構成図
【図４】プラス単一電源タイプ素子を用いた半導体レーザ駆動装置の回路構成図
【符号の説明】
２０…半導体レーザ駆動装置
２４…プラス単一電源タイプ素子
２５…レーザダイオード
２６…フォトダイオード
２８…コンパレータ
２９…トランジスタ
３０…ダイオード
５０…パルス信号源
Ｌ1…電源供給ライン
S…駆動信号
Va…検出信号レベル
Vb…電位レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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