雷射元件驅動裝置的製作方法
2023-05-26 23:18:31
專利名稱：雷射元件驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及進行雷射元件的發光(點亮)控制的雷射元件驅動裝置，具體而言，涉及一種考慮了對人眼的安全性的、進行雷射元件的發光控制的雷射元件驅動裝置。
背景技術：
數位相機或數碼攝像機等，使用雷射元件作為用於對夜間的拍攝對象對準焦點的背光燈。對這樣的雷射元件進行發光控制的雷射元件驅動裝置包括雷射元件、和監控其光強度並轉換為電信號的光檢測元件，一般用於反饋光檢測元件的電信號，來控制向雷射元件的供給電流(例如專利文獻1)。而且，雷射元件驅動裝置間歇性地進行向雷射元件的電流供給，由此，使雷射元件非連續地發光。
圖2是現有的雷射元件驅動裝置。該雷射元件驅動裝置101包括光強度根據流過的電流發生變化的雷射元件LD；接收雷射元件LD所發出的光，產生與光強度對應的電流的光檢測元件PD；將光檢測元件PD的電流轉換成電壓的電壓轉換電阻130；將該電壓輸入到非反相輸入端子，將用於設定雷射元件LD發光強度的發光強度設定電壓產生器124的輸出電壓輸入到反相輸入端子，來控制後述發光控制開關111的反饋放大器112；對柵極輸入反饋放大器112的輸出電壓，漏極與雷射元件LD連接，控制流過雷射元件LD的電流的PMOS電晶體即發光控制開關111；和集電極與電源Vdd連接、發射極與內部電源VddIN連接，根據由低電平和高電平構成的間歇控制信號SIG進行導通截止(變為非導通、導通)的NPN電晶體即電源開關125。在內部電源VddIN上連接有發光控制開關111的源極和反饋放大器112的電源端。
下面，對雷射元件驅動裝置101的動作進行說明。在對電源開關125輸入了間歇控制信號SIG的低電平的情況下，電源開關125成為非導通，不對發光控制開關111等供給電源，因此，電流不會流過雷射元件LD，雷射元件LD不發光。另一方面，若對電源開關125輸入了間歇控制信號SIG的高電平，則電源開關125導通，內部電源VddIN成為規定的電源電壓。由於在電源開關125導通後瞬間，不會在光檢測元件PD中產生電流，所以，反饋放大器112的非反相輸入端子的輸入電壓是接地電平，反饋放大器112的輸出電壓也是接地電平。因此，發光控制開關111導通，電流流過雷射元件LD，使得雷射元件LD發光。並且，當通過反饋環路使電壓轉換電阻130的電壓和發光強度設定電壓產生器124的輸出電壓一致時，在雷射元件LD中會穩定地流過規定的電流。該動作根據間歇控制信號SIG被反覆執行。
這樣，數位相機或數碼攝像機等所使用的雷射元件LD，通過雷射元件驅動裝置101而非連續地(間歇性地)發光。這是為了在拍攝對象是人的情況下，防止對人眼的不良影響。
這裡，本申請的發明者著眼於在間歇控制信號SIG等產生不良情況時，雷射元件處於連續點亮的狀態，希望即使在該情況下，也有對策使其不處於連續點亮的狀態。另外，著眼於如上所述，由於在電源開關125導通後瞬間，反饋放大器112的輸出電壓是接地電平，所以，發光控制開關111會完全導通，流過最大電流，結果，雷射元件中會流過衝擊電流，得到發光強度過大的發光，希望在該情況下，也有對策使得不變成發光強度大的發光。
專利文獻1特開平6-326396發明內容本發明鑑於上述情況而提出，其目的在於，提供一種能夠防止對人眼造成不良影響的雷射元件的長時間發光(連續點亮)、或者發光強度大的發光，由此提高對人眼的安全性的雷射元件驅動裝置。
為了解決上述課題，本發明的優選實施方式所涉及的雷射元件驅動裝置包括光強度根據流過的電流而變化的雷射元件；監控雷射元件的光強度並轉換成電信號的光檢測元件；控制流過雷射元件的電流的發光控制開關；反饋光檢測元件的電信號，控制發光控制開關的反饋放大器；和發光控制開關控制電路，其若從雷射元件的發光開始，在雷射元件中電流持續流動規定時間，則判斷為發生異常，截止發光控制開關，或/及控制發光控制開關，使得在雷射元件的發光開始時流過雷射元件的電流緩慢增加。
為了實現若從雷射元件的發光開始，在雷射元件中電流持續流動規定時間則判斷為發生異常，截止發光控制開關，優選發光控制開關控制電路包括發光停止開關。
而且，為了控制發光控制開關，使得在雷射元件的發光開始時流過雷射元件的電流緩慢增加，優選發光控制開關控制電路包括電容器和發光停止開關。發光控制開關控制電路，在雷射元件的發光開始時，導通發光停止開關，強制截止發光控制開關，並且充電所述電容器，經過規定時間後，通過截止發光停止開關，放電所述電容器，由此控制發光控制開關，使流過雷射元件的電流緩慢增加。
該雷射元件驅動裝置，更優選包括輸出基準時鐘的振蕩器，其用於計數從雷射元件的發光開始到判斷為異常為止的規定時間。若判斷為異常，則該振蕩器會被停止振蕩動作。
根據本發明的優選實施方式，由於雷射元件驅動裝置在因為間歇控制信號等的不良情況而導致雷射元件持續發光規定時間以上時，截止發光控制開關，來停止雷射元件LD的發光，所以，可防止因異常的連續點亮而對人眼造成的不良影響，由此，提高對人眼的安全性。而且，由於緩慢增加了在雷射元件的發光開始時流過雷射元件的電流，所以，防止了因發光強度大的發光對人眼造成的不良影響，由此，可以提高對人眼的安全性，並且，可抑制對雷射元件施加的壓力，實現長壽命化。
圖1是本發明的優選實施方式所涉及的雷射元件驅動裝置的電路圖。
圖2是現有的雷射元件驅動裝置的電路圖。
圖中1-雷射元件驅動裝置，11-發光控制開關，12-反饋放大器，13-失效保護電路，14-軟啟動電路，16-發光控制開關控制電路，17-振蕩器，18-內部電源檢測電路，21-間歇控制信號檢測電路，19、22-計數器，20、23-觸發電路，24-發光強度設定電壓產生器，25-電源開關，28-NOR電路，29-發光停止開關，30-電壓轉換電阻，38-軟啟動用電容器，LD-雷射元件，PD-光檢測元件，SIG-間歇控制信號。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的最佳實施方式進行說明。圖1是本發明的優選實施方式所涉及的雷射元件驅動裝置的電路圖。該雷射元件驅動裝置1和背景技術的雷射元件驅動裝置101同樣，包括光強度根據流過的電流而變化的雷射元件LD；接收雷射元件LD所發出的光，產生與光強度對應的電流(即，監控雷射元件的光強度並轉換成電信號的)的光檢測元件PD；將光檢測元件PD的電流轉換成電壓的電壓轉換電阻30；將該電壓輸入到非反相輸入端子(即，反饋光檢測元件的電信號)，將用於設定雷射元件LD發光強度的發光強度設定電壓產生器24的輸出電壓輸入到反相輸入端子，來控制後述發光控制開關11的反饋放大器12；對柵極輸入反饋放大器12的輸出電壓，漏極和雷射元件LD連接、控制流過雷射元件LD的電流的PMOS電晶體即發光控制開關11；和集電極與電源Vdd連接、發射極與內部電源VddIN連接，根據由低電平和高電平構成的間歇控制信號SIG(例如50Hz左右、佔空比為50％的矩形波)進行開閉的(成為非導通、導通的)NPN電晶體即電源開關25。在內部電源VddIN上，連接有發光控制開關11的源極和反饋放大器12的電源端。
該雷射元件驅動裝置1還包括輸出基準時鐘(例如40KHz)的振蕩器(OSC)17；輸入內部電源VddIN和基準時鐘，用於防止異常的連續點亮的失效保護(fail safe)電路13；輸入間歇控制信號SIG和基準時鐘，用於防止在雷射元件LD中流動過大電流的軟啟動電路14；和接收來自失效保護電路13的信號和來自軟啟動電路14的信號，基於這些信號控制發光控制開關11的發光控制開關控制電路16。
失效保護電路13包括內部電源檢測電路18、計數器(counter)19、和觸發(flip-flop)電路20。內部電源檢測電路18包括形成微分電路的電容器31和電阻33、嵌位其輸出電壓的二極體32。電容器31的一端輸入內部電源VddIN作為信號。電容器31的另一端連接在電阻33的一端和二極體32的陰極。電阻31的另一端與二極體的陽極接地。而且，形成微分電路電容器31和電阻33檢測出內部電源VddIN的上升，生成與其同步的單觸發脈衝，輸出到計數器19和觸發電路20的復位輸入端子R。二極體32將與內部電源VddIN的下降沿同步生成的負方向的輸出電壓，嵌位在比接地電位下降了肖特基勢壘電壓(VF)的電位，用於不使接收輸出電壓的電路承受過度的載荷。
失效保護電路13的計數器19輸入內部電源檢測電路18的單觸發脈衝作為計數開始信號，來對振蕩器17的基準時鐘的個數計數。而且，若達到規定的計數次數(例如4000次計數左右)，則向以下說明的觸發電路20的置位輸入端子S進行輸出。觸發電路20，作為輸入端子具有復位輸入端子R和置位輸入端子S，作為輸出端子具有非反相輸出端子Q和反相輸出端子QN。若對復位輸入端子R輸入脈衝，則從非反相輸出端子Q輸出低電平，從反相輸出端子QN輸出高電平。若對置位輸入端子S輸入脈衝，則從非反相輸出端子Q輸出高電平，從反相輸出端子QN輸出低電平。非反相輸出端子Q的信號，被輸入到發光控制開關控制電路16的後述NOR電路28的一個輸入端子。反相輸出端子QN的信號被輸入到振蕩器17，若該信號是高電平則振蕩器17進行振蕩，若是低電平則停止振蕩。
下面，對軟啟動電路14的電路構成進行說明。軟啟動電路14包括間歇控制信號檢測電路21、計數器(counter)22和觸發電路23。間歇控制信號檢測電路21成為與內部電源檢測電路18同樣的電路構成。即，間歇控制信號檢測電路21包括形成微分電路的電容器34和電阻36、嵌位其輸出電壓的二極體35。而且，形成微分電路的電容器34和電阻35檢測出間歇控制信號SIG的上升，生成與其同步的單觸發脈衝，輸出到計數器22和觸發電路23的復位輸入端子R。
軟啟動電路14的計數器22輸入間歇控制信號檢測電路21的單觸發脈衝作為計數開始信號，來對振蕩器17的基準時鐘的個數計數。而且，若計數到規定的計數次數(例如4次計數左右)，則向以下所說明的觸發電路23的置位輸入端子S進行輸出。觸發電路23是進行與上述失效保護電路13的觸發電路20同樣的功能的電路。反相輸出端子QN的信號被輸入到發光控制開關控制電路16的NOR電路28的另一個輸入端子，非反相輸出端子Q的信號不輸入到任何一方。
接著，對發光控制開關控制電路16的電路構成進行說明。發光控制開關控制電路16包括如前所述，被輸入失效保護電路13的觸發電路20的信號、和軟啟動電路14的觸發電路23的信號的NOR電路28；柵極和NOR電路28的輸出連接、源極和內部電源VddIN連接、漏極和反饋放大器12的輸出連接的PMOS電晶體即發光停止開關29；和一端與發光停止開關29的漏極連接、另一端接地的軟啟動用電容器38。這裡，發光停止開關29的電流驅動能力比反饋放大器12的接地側(即吸收電流側)的電流驅動能力充分地高。根據該構成，若輸入到NOR電路28的兩個信號的任意一個是高電平，則發光停止開關29導通，而無論反饋放大器12的輸出，強制地使發光控制開關11的柵極成為電源電壓電平。結果，雷射元件LD中不流過電流，並且，軟啟動用電容器38被充電為電源電壓電平。另一方面，若輸入到NOR電路28的兩個信號的每一個都是低電平，則由於發光停止開關29截止，所以，發光控制開關11的柵極電壓由反饋放大器12和軟啟動用電容器38的狀態決定。其詳細內容將在後面進行敘述。
接著，對雷射元件驅動裝置1的動作進行說明。首先，在對電源開關25輸入了間歇控制信號SIG的低電平時，電源開關25成為非導通，不對發光控制開關11等提供電源，因此，雷射元件LD中不流過電流，雷射元件LD不發光。
接著，若在雷射元件LD開始發光時，即對電源開關25輸入了間歇控制信號SIG的高電平，則電源開關25導通，內部電源VddIN成為規定的電源電壓。然後，通過失效保護電路13的內部電源檢測電路18檢測出內部電源VddIN的上升沿，根據其檢測信號，觸發電路20被復位，同時，計數器19開始計數。
另一方面，在軟啟動電路14中，間歇控制信號SIG的上升沿由間歇控制信號檢測電路21檢測出，根據其檢測信號，觸發電路23被復位，同時，計數器22開始計數。若軟啟動電路14的觸發電路23被復位，則從觸發電路23的反相輸出QN向發光控制開關控制電路16的NOR電路28輸入高電平。NOR電路28向發光停止開關29輸出低電平，導通發光停止開關29，強制地使發光控制開關11的柵極成為電源電壓電平。此時，由於發光控制開關11成為截止(非導通)，所以，雷射元件LD中不流過電流。而且，軟啟動用電容器38被充電為電源電壓電平。另外，由於雷射元件LD不發光、在光檢測元件PD中沒有產生電流，所以，反饋放大器12的非反相輸入端子的輸入電壓為接地電平，反饋放大器12輸出接地電平。因此，雖然反饋放大器12的吸收電流(例如100μA左右)原樣地流過發光停止開關29，但是，由於如前所述，發光停止開關29的電流驅動能力足夠高，所以，發光控制開關11的柵極電壓被維持在電源電壓電平。
接著，開始了計數的計數器22，若計數(例如4次計數左右)到比間歇控制信號SIG的一個周期(例如20msec)更短的規定時間(例如0.1msec左右)，則向觸發電路23的置位輸入S輸入高電平。從觸發電路23的反相輸出QN向發光控制開關控制電路16的NOR電路28輸入低電平。而且，從失效保護電路13的被復位的觸發電路20的非反相輸出Q，向NOR電路28的另一輸入端輸入低電平。NOR電路28輸出高電平，使發光停止開關29截止。另外，在由計數器22所確定的規定時間(例如0.1msec左右)的期間，內部電源VddIn充分地上升，而且，軟啟動用電容器38被充分地充電。
然後，被充電到軟啟動用電容器38(例如0.01μF)的電荷通過反饋放大器12的吸收電流(例如100μA左右)而緩慢放電，使得發光控制開關11的柵極電壓緩慢下降。這樣，發光控制開關控制電路16對發光控制開關11進行控制，使得在雷射元件LD開始發光時流過雷射元件LD的電流緩慢增加。
這樣，雷射元件驅動裝置1通過使在雷射元件LD發光開始時流過雷射元件LD的電流緩慢增加，而不在雷射元件LD中流過衝擊電流，能夠防止因發光強度大的發光而對人眼造成的不良影響。另外，通過抑制因衝擊電流而對雷射元件造成的壓力，可以實現雷射元件的長壽命化。
接著，隨著發光控制開關11的柵極電壓緩慢下降，雷射元件LD的發光強度變大。並且，光檢測元件PD所產生的電流變多，電壓轉換電阻30的電壓緩慢升高。若該電壓達到發光強度設定電壓產生器24的輸出電壓以上，則反饋放大器12以使發光控制開關11的柵極電壓上升的方式進行輸出。即，在通過反饋環路使電壓轉換電阻30的電壓和發光強度設定電壓產生器24的輸出電壓一致時，雷射元件LD中流過穩定的規定的電流。
以上所說明的動作根據間歇控制信號SIG反覆執行。而且，安全地使雷射元件LD非連續(間歇地)發光，來防止對人眼的不良影響。
這裡，在間歇控制信號SIG等產生不良情況、即使經過規定時間(例如O.1sec左右)內部電源VddIN也不下降的情況下，失效保護電路13的計數器19會達到規定的計數次數(例如4000次計數左右)。於是，觸發電路20的置位輸入S被輸入高電平，從非反相輸出Q向發光控制開關控制電路16的NOR電路28輸入高電平。然後，從NOR電路28向發光停止開關29的柵極輸入低電平，發光停止開關29導通。由此，發光控制開關11截止，雷射元件LD中不會流過電流，從而發光停止。即，若從雷射元件LD的發光開始，在雷射元件LD中持續規定時間(例如0.1sec左右)流過電流，則判斷為發生異常，截止發光控制開關11，使雷射元件LD的發光停止。
這樣，雷射元件驅動裝置1在由間歇控制信號SIG等的不良情況而導致雷射元件LD持續發光規定時間以上的情況下，通過截止發光控制開關11、停止雷射元件LD的發光，從而即使在異常時也可以安全地驅動雷射元件LD，防止對人眼的不良影響。
而且，在該異常時，從觸發電路20的反相輸出QN向振蕩器17輸入低電平，停止其振蕩動作。其原因在於，在不使雷射元件LD發光的時候，不需要使振蕩器動作。由此，能夠實現削減功率消耗的浪費。
本發明不限定於上述的實施方式，在技術方案所記載的範圍內能夠進行各種設計變更。例如，在上述實施方式中，說明了具有失效保護電路13和軟啟動電路14兩方的情況，但是，在通過其他的機構取得了對間歇控制信號SIG等的不良情況的防止對策時，可以省略前者；而且，在通過其他的機構取得了對雷射元件LD的衝擊電流防止對策的情況下，可以省略後者。另外，根據情況，當然也可以將雷射元件驅動裝置1所使用的MOS電晶體置換成雙極性電晶體、或反之將雙極性電晶體置換成MOS電晶體、或增減逆變器或者NOR電路等的數量。
權利要求
1.一種雷射元件驅動裝置，其中具備雷射元件，其光強度根據流過的電流而變化；光檢測元件，其監控雷射元件的光強度並轉換成電信號；發光控制開關，其控制流過雷射元件的電流；反饋放大器，其反饋光檢測元件的電信號，控制發光控制開關；和發光控制開關控制電路，其若從雷射元件的發光開始，在雷射元件中電流持續流動規定時間，則判斷為異常，關斷髮光控制開關。
2.一種雷射元件驅動裝置，其中具備雷射元件，其光強度根據流過的電流而變化；光檢測元件，其監控雷射元件的光強度並轉換成電信號；發光控制開關，其控制流過雷射元件的電流；反饋放大器，其反饋光檢測元件的電信號，控制發光控制開關；和發光控制開關控制電路，其控制發光控制開關，使得在雷射元件的發光開始時流過雷射元件的電流緩慢增加。
3.根據權利要求2所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，若從雷射元件的發光開始，在雷射元件中電流持續流動規定時間，則發光控制開關控制電路判斷為異常，關斷髮光控制開關。
4.根據權利要求2或3所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，發光控制開關控制電路具備電容器和發光停止開關，在雷射元件的發光開始時，接通發光停止開關，強制關斷髮光控制開關，並且對所述電容器充電，經過規定時間後，通過關斷髮光停止開關，讓所述電容器放電，由此控制發光控制開關，使流過雷射元件的電流緩慢增加。
5.根據權利要求4所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，若從雷射元件的發光開始，在雷射元件中電流持續流動規定時間，則發光控制開關控制電路判斷為異常，關斷髮光控制開關。
6.根據權利要求1所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，發光控制開關控制電路具備發光停止開關，若從雷射元件的發光開始，在雷射元件中電流持續流動規定時間，則判斷為異常，接通發光停止開關，關斷髮光控制開關。
7.根據權利要求5或6所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，該雷射元件驅動裝置具備振蕩器，其輸出用於計數從雷射元件的發光開始到被判斷為異常為止的規定時間的基準時鐘，若判斷為異常，則該振蕩器停止振蕩動作。
8.根據權利要求4～7的任一項所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，該雷射元件驅動裝置還具備設置在電源與內部電源之間、根據間歇控制信號進行開閉的電源開關，發光控制開關、反饋放大器和發光停止開關由內部電源供給電源，並且，發光停止開關的電流驅動能力比反饋放大器的吸收電流側的電流驅動能力更高。
9.根據權利要求8所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，該雷射元件驅動裝置還具備包括計數器的失效保護電路，所述計數器由內部電源的上升而起動，對振蕩器的基準時鐘的個數計數，失效保護電路，若其計數器達到規定的計數次數，則判斷為異常，輸出使發光停止開關接通的信號。
10.根據權利要求8所述的雷射元件驅動裝置，其特徵在於，該雷射元件驅動裝置還具備包括計數器的軟啟動電路，所述計數器由接通電源開關時的間歇控制信號的變化而起動，對振蕩器的基準時鐘的個數計數，軟啟動電路，若其計數器達到規定的計數次數，則輸出使發光停止開關關斷的信號，使得發光控制開關控制電路的所述電容器放電。
全文摘要
本發明提供一種用於安全驅動雷射元件的雷射元件驅動裝置。該雷射元件驅動裝置(1)包括光強度根據流過的電流而變化的雷射元件(LD)；監控雷射元件(LD)的光強度並轉換成電信號的光檢測元件(PD)；控制流過雷射元件(LD)的電流的發光控制開關(11)；反饋光檢測元件(PD)的電信號，來控制發光控制開關(11)的反饋放大器(12)；和開關控制電路(16)，其控制發光控制開關(11)、或/及若從雷射元件(LD)的發光開始在雷射元件(LD)中持續規定時間流過電流，則判斷為發生異常，截止發光控制開關(11)，由此，使得在雷射元件(LD)的發光開始時流過雷射元件(LD)的電流緩慢增加。
文檔編號H01S5/042GK1938916SQ200580009758
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月28日 優先權日2004年3月29日
發明者吉松勇作 申請人:羅姆股份有限公司