(57)【要約】【課題】従来の短パルスレーザ発光駆動回路は、充電電流の極性が正から負に変わった以降、直列共振が発生してコンデンサに充電される電圧が変動し、レーザを点灯するコントロール信号の開始時刻によっては出力電流が変動し、如いてはレーザの光のパワーに変動が起こる問題等があって、この改良が強く望まれていた。【解決手段】コンデンサに電荷を蓄積・放電させる方式の短パルスレーザ発光駆動回路であって、インダクタンスと抵抗を並列に配置した回路部分をダイオードと直列に接続し、前記回路部分あるいは前記ダイオードに前記コンデンサを接続した配線部分を含むことを特徴とする短パルスレーザ発光駆動回路が、好ましい課題解決手段である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサに電荷を蓄積・放電させる方式の短パルス発光駆動回路であって、インダクタンスと抵抗を並列に配置した回路部分をダイオードと直列に接続し、前記回路部分あるいは前記ダイオードに前記コンデンサを接続した配線部分を含むことを特徴とする短パルスレーザ発光駆動回路。
【請求項２】
前記回路部分を前記ダイオードの後方に直接に接続し、前記回路部分の後方に、前記コンデンサが間接あるいは直接に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の短パルスレーザ発光駆動回路。
【請求項３】
一方をレーザ・ダイオードあるいはＬＥＤに接続され、他方に電源を接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載の短パルスレーザ発光駆動回路。
【請求項４】
前記コンデンサに前記レーザ・ダイオードあるいはＬＥＤが直接に接続され、前記電源が直接に接続されたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の短パルスレーザ発光駆動回路。
【請求項５】
請求項４記載の短パルスレーザ発光駆動回路を含むことを特徴とする短パルスレーザ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、短パルスレーザ発光装置の電流駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  レーザを使った距離測定装置やレーザ加工機においては、高出力で持続時間が短いパルスの半導体レーザ光が使われる。この短パルスレーザ光には、大電流で幅の短いパルスの電流駆動回路が必要であった。前記電流駆動回路が、短パルスを発生させるには、電流経路に入れた半導体スイッチを短時間ＯＮすることで実現できる。【０００３】  しかし、大電流を流す半導体スイッチを、ＯＦＦ状態からＯＮして、再びＯＦＦするのに時間がかかり、所望の短パルスを生成する事が困難であった。そこで、コンデンサに貯めた電荷を、半導体スイッチをＯＮすることによりレーザ・ダイオードもしくはＬＥＤの発光を開始させ、発光の停止を、高速放電用コンデンサの電荷が無くなることによって行われる方法が考えだされた。これにより、半導体スイッチを高速にＯＦＦする必要が無くなり大電流でかつ幅の短いパルスを作ることができるようになった。これは、特許文献１（特表２００９−５４４０２２）に開示されている。【０００４】  図１の回路は、特許文献１にも開示された従来の回路であって、高速放電用コンデンサ（６）に充電する回路に抵抗（７）が使われている為、供給される電圧源（高電圧）からのエネルギー供給を受け前記コンデンサに電荷を貯めるのに効率が悪い例である。この時の電流・電圧波形を図４で示す。図４の濃いハッチング部分はレーザ・ダイオードもしくはＬＥＤ（３）に電流を流す為に半導体スイッチをオンしている期間であるが、前記コンデンサに電荷を貯めるのに全く機能せず、高電圧とこの時流れる電流の積の電力が抵抗（７）を発熱し、電力の無駄になるばかりでなく、抵抗が発熱する為、小電力用の回路にしか適用できない。（なお、各図面において、同一番号は、同一物を意味する。）【０００５】  そこで抵抗（７）の代わりに電流逆流防止ダイオード（９）とインダクタ（８）を置いたのが図２であり、特許文献１に開示されている。電流逆流防止ダイオード（９）が理想的なダイオードで接合容量が十分小さければ、このダイオード（９）に流れる電流の極性が変わった直後で電流が停止し、半導体スイッチ（４）に加わる電圧が一定になる。この場合の電流電圧波形を図５で示す。図５で、時間軸の１００  ｎＳから１５０  ｎＳおよび５００  ｎＳから５５０  ｎＳの半導体スイッチがＯＮ状態であるから、インダクタ（８）および充電逆流防止ダイオード（９）には電流が直線的に増加していく。図５の濃いハッチング部分がそれに相当する。この間に流れた電流はインダクタ（８）に蓄積される。半導体スイッチがＯＦＦした後はインダクタ（８）と高速放電コンデンサ（６）の直列共振をするが充電逆流防止ダイオード（９）に流れる電流が負になるとそこで電流は停止する。図５の薄いハッチング部分がそれに相当する。【０００６】  しかし、電流逆流防止ダイオード（９）の接合容量が有限な大きさになると、この接合容量と高速放電コンデンサ（６）の直列合成容量と、インダクタ（８）とによる直列共振が起こる。この共振に由る電流変動の負の電流は充電用ダイオード（５）には流れないでレーザ（３）に流れてしまい、意図しないところでレーザが発光する可能性がある。またこの電流変動はコンデンサ（６）に充電された電圧変動となりこの電圧変動は次に発光する為の制御信号のタイミングによって電流パルスの変動を誘発する。この場合の電流電圧波形を図６で示す。ハッチングされた部分が充電逆流防止ダイオードの接合容量の為に発生した電流変動を示している。【０００７】  この改善策として、インダクタ（８）に並列に共振抑制抵抗（１０）を入れる事により、インダクタ（８）と逆流防止ダイオード（９）を追加した効果を発揮したまま前記直列共振を抑え、充電電流の変動を抑えて、高速放電用コンデンサ（６）に安定した充電電圧を与えることを可能とする。図３が本発明の基本的な回路図となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】  特表２００９−５４４０２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明が解決しようとする課題は、前記したように、大電流を流し得る回路（第一の課題）であって、短パルスの発生が可能（第二の課題）で、充電電流の極性が正から負に変わった以降、即ちインダクタ（８）に貯められたエネルギーがゼロになった時点以降に、前記直列共振が発生しコンデンサに充電する電圧が不安定になること（第三の課題）を防止することである。しかもレーザ（３）が意図しないタイミングで発光する可能性（第四の課題）を防止しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は、前記したように、図３の回路を一例とする。インダクタ（８）に並列に共振抑制抵抗（１０）を入れることでインダクタ（８）と逆流防止ダイオード（１０）を追加した効果を発揮したまま前記直列共振を抑え充電電流の変動を抑え、それによって高速放電用コンデンサ（８）に安定した充電電圧を与えることを可能とする。これが図３である。一般的には直列共振には抵抗を直列に入れてダンピングする。即ち図２にある直列型共振抑制抵抗（１１）である。しかし、この場合、一般的な場合と同様に、直列にダンピング抵抗を挿入すると、図３における１５０  ｎＳから２５０  ｎＳの期間に高速放電コンデンサ（６）に充電する効率が大幅に下がってしまい十分に電圧を昇圧できなくなるが、本発明は、かかる問題を生じない効果もある。【００１１】  本発明は、コンデンサに電荷を蓄積・放電させる方式の短パルスレーザ発光駆動回路であって、インダクタと抵抗を並列に配置した回路部分をダイオードと直列に接続し、前記回路部分あるいは前記ダイオードに前記コンデンサを接続した配線部分を含むことを特徴とする短パルス発光駆動回路を提供するものである。前記それぞれの接続は、目的、効果によって、直接の接続あるいは間接的な接続を選択できる。例えば、調整のための抵抗を介するように他の部品を介しても良い。【００１２】  さらに、本発明は、前記回路部分を前記ダイオードの後方に直接にあるいは間接に接続し、前記回路部分の後方に、前記コンデンサが間接あるいは直接に接続されていることを特徴とする前記短パルスレーザ発光駆動回路を提供する。【００１３】  さらには、レーザ・ダイオードあるいはＬＥＤに一方が直接あるいは間接に接続され、他方に直接あるいは間接に電源が接続されていること特徴とする前記短パルスレーザ発光駆動回路を提供するものであり、また、前記短パルスレーザ発光駆動回路を含む短パルスレーザ発光装置を提供するものである。【００１４】  本発明において、回路中にもちいられる部品は、一般的に入手可能なものをもちいることができ、要求される性能から、適切なものを選択することができる。また、各部品の接続は、特定の定めのない限り、前記したように、直截な接続でも、他の部品を介しての間接的な接続でもよいが、本発明の目的の範囲内での変化が可能である。また、それぞれ、用いる各部品は、インダクタ（８）が０．２  マイクロヘンリー以上で共振抑制抵抗（１０）は共振周波数におけるインダクタ（８）のインピーダンスの０．５倍ないし２倍の範囲が適当であるが、レーザ出力の変動を許容する度合によっては２倍以上に設定することも可能である。
【発明の効果】
【００１５】  本発明の効果としては、前記したように、第一に電圧変動が少なくなり発光タイミングのインターバルの違いによるレーザ電流の変動を少なくする。これはレーザ加工機での精度を大きく向上させる効果がある。【００１６】  第二に充電電流が負になった時間にレーザに電流が流れることを抑制してくれる。このことは意図しない時刻にレーザが発光しなくなることを意味する。意図しない時刻の発光はレーザ加工機の精度及びレーザを使った距離計測の精度を著しく悪くするが。本発明は、これを改善できる。【００１７】  第三に半導体スイッチ（４）に加わる電圧が一定になることにより前記半導体スイッチの耐圧の低いものを使用することができる。すなわち、同じ部品を使ってもより大きな電流をレーザに流すことが可能となる。半導体スイッチ（４）の耐圧は、変動する電圧の最大値以上に設計しなければならいが、本発明により、この制限を緩和することが可能となった。【００１８】  第四に不要輻射を低減することができる。図９は共振抑制抵抗がない回路で充電逆流防止ダイオードに接合容量の低いものを選択した時の回路各部の電流電圧を表示している。半導体スイッチに掛かる電圧は比較的に一定になっているが、逆流防止ダイオードアノードに高電圧の高周波が発生している。本発明におけるインダクタ（８）に並列に接続された抵抗はこの不要輻射を抑制する。【００１９】  従って、本発明は、大電流で、短パルス発光の従来の回路が有する欠点を改良し、前記の各種の効果が加わった回路を提供できるものである。すなわち、スイッチング速度がＧＨｚを越えて、しかも、１Ａを越えた大電流のパルスが可能で、好ましい短パルスが得られる。【００２０】  本発明は、前記の効果に加え、充電効率が良く、発熱量を下げることを可能にし、供給する電圧源の電圧を下げることができる。また、充電電波波形が正弦波の半サイクルに近い波形であることから、従来方式の充電電流波形が指数関数波形に比べて充電時間が短くなり、放電の繰り返し周波数を高くすることが可能となる。制御信号の幅により、パルスの高さも調整可能となる。【００２１】
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は特許文献１の従来の基本的回路の例である。
【図２】図２は特許文献１中の従来の回路の改良に関するものである。
【図３】図３は本発明の基本的な回路の例である。
【図４】図４は図１の主要部分の電流電圧の時間波形である。
【図５】図５は図２での電流逆流防止ダイオードが理想的な物の場合の主要部分の電流電圧の時間波形である。
【図６】図６は図２での電流逆流防止ダイオードが現実的な接合容量を持った場合の主要部分の電流電圧の時間波形である。
【図７】図７は本発明にかかる回路の主要部分の電流電圧の時間波形である。
【図８】図８は本発明の実施例２の回路図である。
【図９】図９は図２での電流逆流防止ダイオードの接合容量が現実的な接合容量より小さい時の主要部分の電流電圧の時間波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】  図３は本発明の実施例の一つである。回路に関しては、前記に説明したものである。【００２５】  この回路では、充電逆流防止ダイオード（９）と、並列になったインダクタ（８）と共振抑制抵抗（１０）とのペアの順番は逆になっても問題はない。
【実施例２】
【００２６】  図８の実施例は、レーザまたはＬＥＤ（３）が充電回路に含まれない接続になっていて、図３の充電用ダイオード（５）が不要の回路例である。この回路のインダクタに並列に接続された抵抗も図３と同じ効果を示す。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  本発明は、短パルスレーザ発光装置を製造する産業で利用される。
【符号の説明】
【００２８】  ２      放電電流制限抵抗
３      レーザ・ダイオードまたはＬＥＤ
４      半導体スイッチ
５      充電用ダイオード
６      高速放電コンデンサ
７      充電電流制限抵抗
８      インダクタ
９      充電逆流防止ダイオード
１０    共振抑制抵抗
１１    直列型共振抑制抵抗
１２    放電次定数決定抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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