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JP6889995B2 - Light source system and vehicle lighting - Google Patents
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Description

本発明は、半導体レーザを含む光源システム及び車両用灯具に関する。 The present invention relates to a light source system including a semiconductor laser and a vehicle lamp.

半導体レーザは、種々の用途に用いられる光源であり、近年では投光器や車両用ヘッドラップなどの照明用途にも用いられている。例えば、照明用の光源として半導体レーザを用いる場合、半導体レーザからの出射光を蛍光体に入射させることで、所望の波長(発光色)の光が照明光として外部に取り出される。例えば、特許文献1には、半導体レーザなどの励起光源と、蛍光体を含む光変換部材とを含む発光装置が開示されている。 Semiconductor lasers are light sources used for various purposes, and in recent years, they are also used for lighting applications such as floodlights and head wraps for vehicles. For example, when a semiconductor laser is used as a light source for illumination, light of a desired wavelength (emission color) is extracted to the outside as illumination light by incident light emitted from the semiconductor laser on a phosphor. For example, Patent Document 1 discloses a light emitting device including an excitation light source such as a semiconductor laser and a light conversion member including a phosphor.

特許5155555号Patent No. 5155555

半導体レーザは、小型かつ高出力な光源である一方で、突発的な光出射端面の光学損傷であるCOD(Catastrophic Optical Damage)を起こすことで知られている。半導体レーザを光源として用いる場合、このCODの発生を考慮したシステム構成が求められる。 While semiconductor lasers are small and high-power light sources, they are known to cause COD (Catastrophic Optical Damage), which is sudden optical damage to the end face of light emitted. When a semiconductor laser is used as a light source, a system configuration that takes into account the generation of COD is required.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、半導体レーザ光源の動作を監視してCODなどの故障の発生を予測し、故障が発生する前に駆動対象のレーザ素子を他のレーザ素子に切り替えることが可能な高信頼性の光源システム及び車両用灯具を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and the operation of the semiconductor laser light source is monitored to predict the occurrence of a failure such as COD, and the laser element to be driven is set to another laser element before the failure occurs. It is an object of the present invention to provide a highly reliable light source system and vehicle lighting equipment that can be switched to.

本発明による光源システムは、複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源を有する光源装置と、複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、1の半導体レーザ素子を、一定の光出力に保つ定出力駆動モードで駆動する駆動回路と、駆動回路による1の半導体レーザ素子の駆動電流Iopの経時変化Iop(t)について、1の半導体レーザ素子の駆動開始時の駆動電流値をIc、定数をk、時間をt、指数をαとして、 In the light source system according to the present invention, a light source device having a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements and one semiconductor laser element among the plurality of semiconductor laser elements are driven targets, and one semiconductor laser element is subjected to constant light. With respect to the drive circuit driven in the constant output drive mode that keeps the output and the time-dependent change I op (t) of the drive current I op of 1 semiconductor laser element by the drive circuit, the drive current value at the start of driving of 1 semiconductor laser element. Is I c , the constant is k, the time is t, and the exponent is α.

Figure 0006889995
に示す式に従って経時変化したと判定し、式(1)の指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続いた場合に、1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生を予測する故障予測回路と、を有し、故障予測回路によって1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が予測された場合、駆動回路は、複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴としている。
Figure 0006889995
When it is determined that the change over time is performed according to the equation shown in the above, and the change state in which the index α of the equation (1) is α> 1 and the change state satisfying dα / dt> 0 continues for a predetermined time, the semiconductor laser device of 1 is used. When a failure prediction circuit that predicts the occurrence of optical damage is provided and the failure prediction circuit predicts the occurrence of optical damage of one semiconductor laser device, the drive circuit is the other of the plurality of semiconductor laser devices. It is characterized in that it targets a semiconductor laser element as a drive target.

また、本発明による光源システムは、複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源を有する光源装置と、複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、1の半導体レーザ素子を、一定の駆動電流に保つ定電流駆動モードで駆動する駆動回路と、1の半導体レーザ素子の光出力Poutの経時変化Pout(t)について、1の半導体レーザ素子の駆動開始時の光出力をP0、定数をk、時間をt、指数をαとして、 Further, in the light source system according to the present invention, a light source device having a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements and one semiconductor laser element among the plurality of semiconductor laser elements are driven targets, and one semiconductor laser element is fixed. With respect to the drive circuit driven in the constant current drive mode that maintains the drive current of 1 and the time-dependent change P out (t) of the optical output P out of 1 semiconductor laser element, the optical output at the start of driving of 1 semiconductor laser element is P. 0 , constant is k, time is t, exponent is α

Figure 0006889995
に示す式に従って経時変化したと判定し、式(2)の指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続いた場合に、1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生を予測する故障予測回路と、を有し、故障予測回路によって1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が予測された場合、駆動回路は、複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴としている。
Figure 0006889995
When it is determined that the change over time is performed according to the equation shown in the above, and the change state in which the index α of the equation (2) is α> 1 and the change state satisfying dα / dt> 0 continues for a predetermined time, the semiconductor laser device of 1 is used. When a failure prediction circuit that predicts the occurrence of optical damage is provided and the failure prediction circuit predicts the occurrence of optical damage of one semiconductor laser device, the drive circuit is the other of the plurality of semiconductor laser devices. It is characterized in that it targets a semiconductor laser element as a drive target.

また、本発明による光源システムは、互いに光学的に結合されかつ並置された複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光の波長を変換する波長変換装置と、を有する光源装置と、複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、1の半導体レーザ素子を、一定の駆動電流に保つ定電流駆動モードで駆動する駆動回路と、1の半導体レーザ素子又は波長変換装置の光出力Poutの経時変化Pout(t)について、1の半導体レーザ素子又は波長変換装置の駆動開始時の光出力をP0、定数をk、時間をt、指数をαとして、 Further, the light source system according to the present invention is a light source device including a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements optically coupled and juxtaposed with each other, and a wavelength conversion device for converting the wavelength of the laser light from the laser light source. A drive circuit that drives one semiconductor laser element out of a plurality of semiconductor laser elements as a drive target and drives one semiconductor laser element in a constant current drive mode that maintains a constant drive current, and one semiconductor laser element or Regarding the time-dependent change P out (t) of the optical output P out of the wavelength converter, the optical output at the start of driving of the semiconductor laser device or the wavelength converter 1 is P 0 , the constant is k, the time is t, and the exponent is α. ,

Figure 0006889995
に示す式に従って経時変化したと判定し、数式(2)の指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続いた場合に、1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生を予測する故障予測回路と、を有し、故障予測回路によって1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が予測された場合、駆動回路は、複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴としている。
Figure 0006889995
When it is determined that the change over time is performed according to the equation shown in the above, and the change state in which the index α of the equation (2) is α> 1 and the change state satisfying dα / dt> 0 continues for a predetermined time, the semiconductor laser device of 1 is used. When a failure prediction circuit that predicts the occurrence of optical damage is provided and the failure prediction circuit predicts the occurrence of optical damage of one semiconductor laser device, the drive circuit is the other of the plurality of semiconductor laser devices. It is characterized in that it targets a semiconductor laser element as a drive target.

実施例1に係る光源システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the light source system which concerns on Example 1. FIG. (a)は、実施例1に係る光源システムにおけるレーザ光源の模式的な斜視図であり、(b)は、制御回路の構成を示すブロック図である。(A) is a schematic perspective view of a laser light source in the light source system according to the first embodiment, and (b) is a block diagram showing a configuration of a control circuit. (a)及び(b)は、実施例1に係る光源システムの故障予測回路がCODの発生を判定する際に用いる指数関数モデルを模式的に示す図である。(A) and (b) are diagrams schematically showing an exponential function model used when the failure prediction circuit of the light source system according to the first embodiment determines the occurrence of COD. (a)及び(b)は、実施例1に係る光源システムの故障予測回路がCODの発生を判定する際に用いる指数関数モデルを模式的に示す図である。(A) and (b) are diagrams schematically showing an exponential function model used when the failure prediction circuit of the light source system according to the first embodiment determines the occurrence of COD. 実施例1の変形例に係る光源システムにおけるレーザ光源の模式的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the laser light source in the light source system which concerns on the modification of Example 1. FIG.

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail.

図1は、実施例1に係る光源システム10の構成を模式的に示す図である。光源システム10は、光源装置20、光源装置20を駆動する駆動回路30及び駆動回路30の駆動制御を行う制御回路40を含む。光源システム10は、例えば、車両用灯具を構成する。光源システム10は、例えば自動車用のヘッドランプシステムを構成する。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the light source system 10 according to the first embodiment. The light source system 10 includes a light source device 20, a drive circuit 30 that drives the light source device 20, and a control circuit 40 that controls drive of the drive circuit 30. The light source system 10 constitutes, for example, a vehicle lamp. The light source system 10 constitutes, for example, a headlamp system for an automobile.

本実施例においては、光源装置20は、レーザ光L1を生成及び出射するレーザ光源21と、レーザ光L1の波長を変換して波長変換光L2を生成する波長変換装置22と、波長変換光L2を成形して成形光L3を生成するレンズ23とを含む。本実施例においては、光源装置20は、レーザ光源21、波長変換装置22及びレンズ23を収容する筐体24を有する。また、光源装置20からは、レンズ23によって成形された成形光L3が外部に取り出される。すなわち、レンズ23は成形光L3である成形された波長変換光L2を外部に出力する。 In this embodiment, the light source device 20 includes a laser light source 21 that generates and emits laser light L1, a wavelength conversion device 22 that converts the wavelength of the laser light L1 to generate wavelength conversion light L2, and a wavelength conversion light L2. Includes a lens 23 that forms the molding light L3 to generate the molding light L3. In this embodiment, the light source device 20 has a housing 24 that houses the laser light source 21, the wavelength conversion device 22, and the lens 23. Further, the molding light L3 molded by the lens 23 is taken out from the light source device 20 to the outside. That is, the lens 23 outputs the molded wavelength conversion light L2, which is the molding light L3, to the outside.

駆動回路30は、レーザ光源21を駆動する。具体的には、駆動回路30は、レーザ光源21を駆動する駆動電流(駆動信号)DCを生成する。レーザ光源21は、駆動回路30によって印加された駆動電流によって駆動される(発光動作を行う)。 The drive circuit 30 drives the laser light source 21. Specifically, the drive circuit 30 generates a drive current (drive signal) DC that drives the laser light source 21. The laser light source 21 is driven by a drive current applied by the drive circuit 30 (performs a light emitting operation).

制御回路40は、レーザ光源21又は波長変換装置22からの出力光LO(レーザ光L1又は波長変換光L2)と、駆動回路30によって生成されたレーザ光源21の駆動電流DCとを監視し、これらの監視結果に基づいて駆動回路30によるレーザ光源21の駆動の制御を行う。 The control circuit 40 monitors the output light LO (laser light L1 or wavelength conversion light L2) from the laser light source 21 or the wavelength conversion device 22 and the drive current DC of the laser light source 21 generated by the drive circuit 30. The drive of the laser light source 21 is controlled by the drive circuit 30 based on the monitoring result of.

図2(a)は、レーザ光源21の模式的な斜視図である。レーザ光源21は、パッケージ(図示せず)内に収容された複数の半導体レーザ素子(本実施例においては2つの半導体レーザ素子LE1及びLE2)を含む。本実施例においては、レーザ光源21は、互いに光学的に結合され、互いに並置された複数の半導体レーザ素子(第1及び第2の半導体レーザ素子)LE1及びLE2を含む。 FIG. 2A is a schematic perspective view of the laser light source 21. The laser light source 21 includes a plurality of semiconductor laser elements (two semiconductor laser elements LE1 and LE2 in this embodiment) housed in a package (not shown). In this embodiment, the laser light source 21 includes a plurality of semiconductor laser elements (first and second semiconductor laser elements) LE1 and LE2 that are optically coupled to each other and juxtaposed with each other.

より具体的には、レーザ光源21は、半導体レーザ素子(以下、単にレーザ素子と称する)LE1及びLE2に共通の搭載基板51及び半導体構造層52を有する。半導体構造層52は、搭載基板51上に形成され、互いに対向する端面ES1及びES2によって共振器を構成する。本実施例においては、レーザ光源21は、端面ES1をレーザ光L1の出射面とし、端面ES1が波長変換装置22及びレンズ23の入射面に対向するように配置されている。なお、端面ES1及びES2には、それぞれ所望の反射率を得るために反射鏡(図示せず)が形成されていてもよい。 More specifically, the laser light source 21 has a mounting substrate 51 and a semiconductor structural layer 52 common to the semiconductor laser elements (hereinafter, simply referred to as laser elements) LE1 and LE2. The semiconductor structure layer 52 is formed on the mounting substrate 51, and constitutes a resonator by end faces ES1 and ES2 facing each other. In this embodiment, the laser light source 21 is arranged so that the end face ES1 is the emission surface of the laser beam L1 and the end face ES1 faces the incident surface of the wavelength conversion device 22 and the lens 23. A reflecting mirror (not shown) may be formed on each of the end faces ES1 and ES2 in order to obtain a desired reflectance.

本実施例においては、搭載基板51は、n型の導電型(第1の導電型)を有する半導体基板である。また、半導体構造層52は、搭載基板51上に、n型半導体層52A、発光層52B及びp型(第2の導電型)半導体層52Cがこの順で順次積層された構造を有する。 In this embodiment, the mounting substrate 51 is a semiconductor substrate having an n-type conductive type (first conductive type). Further, the semiconductor structure layer 52 has a structure in which an n-type semiconductor layer 52A, a light emitting layer 52B, and a p-type (second conductive type) semiconductor layer 52C are sequentially laminated on the mounting substrate 51 in this order.

また、レーザ光源21は、レーザ素子LE1及びLE2の各々に対応し、半導体構造層52の上面に形成されて対向する端面ES1及びES2間にストライプ状に延びる複数のリッジ部(第1及び第2のリッジ部)54A及び54Bを有する。本実施例においては、リッジ部54A及び54Bは、p型半導体層52Cの上面に形成され、端面ES1及びES2間に延びる2つのストライプ状の凸部である。 Further, the laser light source 21 corresponds to each of the laser elements LE1 and LE2, and is formed on the upper surface of the semiconductor structure layer 52, and a plurality of ridge portions (first and second) extending in a stripe shape between the opposite end faces ES1 and ES2. Ridge portion) 54A and 54B. In this embodiment, the ridge portions 54A and 54B are two striped convex portions formed on the upper surface of the p-type semiconductor layer 52C and extending between the end faces ES1 and ES2.

リッジ部54A及び54Bは、間隔Wで互いに離間して平行に形成されている。なお、リッジ部54A及び54Bの延在方向、すなわち端面ES1及びES2の対向方向は、レーザ素子LE1及びLE2における共振器長方向(光の共振方向)RDである。 The ridge portions 54A and 54B are formed in parallel with each other separated by a distance W. The extending direction of the ridge portions 54A and 54B, that is, the opposite direction of the end faces ES1 and ES2 is the cavity length direction (optical resonance direction) RD of the laser elements LE1 and LE2.

また、リッジ部54A及び54Bを除く半導体構造層52の上面上には、絶縁層53が形成されている。また、レーザ光源21は、それぞれリッジ部54A及び54B上に形成され、レーザ素子LE1及びLE2に対応する個別電極55A及び55Bと、搭載基板51上に形成され、レーザ素子LE1及びLE2に共通の共通電極56とを有する。本実施例においては、個別電極55A及び55Bはそれぞれp電極であり、共通電極56はn電極である。 Further, an insulating layer 53 is formed on the upper surface of the semiconductor structure layer 52 excluding the ridge portions 54A and 54B. Further, the laser light source 21 is formed on the ridge portions 54A and 54B, respectively, and is formed on the individual electrodes 55A and 55B corresponding to the laser elements LE1 and LE2 and on the mounting substrate 51, and is common to the laser elements LE1 and LE2. It has an electrode 56. In this embodiment, the individual electrodes 55A and 55B are p-electrodes, respectively, and the common electrode 56 is an n-electrode.

個別電極55A及び55Bは、互いに離間しており、互いに絶縁されている。従って、個別電極55A及び共通電極56間に電流を印加するか、又は個別電極55B及び共通電極56間に電流を印加するかに応じて、レーザ素子LE1及びLE2は、それぞれ独立して発光動作を行うように構成されている。このように、レーザ光源21は、独立して駆動されることが可能な2つのレーザ素子LE1及びLE2を含む。 The individual electrodes 55A and 55B are separated from each other and are insulated from each other. Therefore, the laser elements LE1 and LE2 independently perform the light emitting operation depending on whether the current is applied between the individual electrodes 55A and the common electrode 56 or the current is applied between the individual electrodes 55B and the common electrode 56. It is configured to do. As described above, the laser light source 21 includes two laser elements LE1 and LE2 that can be driven independently.

また、駆動回路30は、レーザ素子LE1及びLE2のうちの1のレーザ素子を駆動対象とし、当該駆動対象のレーザ素子を駆動するように構成されている。また、駆動回路30は、駆動対象素子を、一定の光出力に保つ駆動モードである定出力駆動モード(APC(Automatic Power Control)モード)で駆動するか、又は一定の駆動電流値で駆動する駆動モードである定電流駆動モード(ACC(Automatic Current Control)モード)で駆動するように構成されている。 Further, the drive circuit 30 is configured to drive the laser element of one of the laser elements LE1 and LE2 as a drive target. Further, the drive circuit 30 drives the element to be driven in a constant output drive mode (APC (Automatic Power Control) mode), which is a drive mode for maintaining a constant optical output, or drives with a constant drive current value. It is configured to be driven in a constant current drive mode (ACC (Automatic Current Control) mode), which is a mode.

なお、定出力駆動モードは、例えばレーザ光源21からの出力光LOの光出力を一定に保つように駆動電流を増減させる駆動モードである。また、定電流駆動モードは、駆動電流DCを一定に保つ駆動モードである。また、本実施例においては、駆動回路30の駆動対象の選択及び駆動モードの選択は、後述するように制御回路40からの制御信号CSによって行われる。 The constant output drive mode is, for example, a drive mode in which the drive current is increased or decreased so as to keep the light output of the output light LO from the laser light source 21 constant. Further, the constant current drive mode is a drive mode in which the drive current DC is kept constant. Further, in the present embodiment, the selection of the drive target and the selection of the drive mode of the drive circuit 30 are performed by the control signal CS from the control circuit 40 as described later.

なお、リッジ部54A及び54B間の間隔Wは、140μm以下である。間隔Wを140μm以下とすることで、レンズ23をレーザ素子LE1及びLE2で共用することができる。すなわち、レーザ素子LE1及びLE2のいずれからのレーザ光L1であっても1つのレンズ23を用いて同様の配光形状に成形することができる。従って、光源システム10が小型化される。 The distance W between the ridge portions 54A and 54B is 140 μm or less. By setting the interval W to 140 μm or less, the lens 23 can be shared by the laser elements LE1 and LE2. That is, the laser light L1 from either the laser elements LE1 or LE2 can be formed into the same light distribution shape by using one lens 23. Therefore, the light source system 10 is miniaturized.

本実施例においては、レーザ光源21は、GaN系半導体材料からなる。搭載基板51は、例えばGaNの組成を有する。半導体構造層52は、例えばAlxInyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成を有する。 In this embodiment, the laser light source 21 is made of a GaN-based semiconductor material. The mounting substrate 51 has, for example, a GaN composition. The semiconductor structure layer 52 has a composition of, for example, AlxInyGa1-x-yN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

なお、波長変換装置22は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)からなる蛍光体を含有する蛍光体プレートである。すなわち、本実施例においては、レーザ光源21から出射されるレーザ光L1は青色光である。また、波長変換装置22から出射される波長変換光L2は、レーザ光L1である青色光と、レーザ光の蛍光体への入射によって生成された黄色光との混色により生成された白色光である。 The wavelength conversion device 22 is a phosphor plate containing a phosphor made of, for example, yttrium aluminum garnet (YAG). That is, in this embodiment, the laser light L1 emitted from the laser light source 21 is blue light. Further, the wavelength conversion light L2 emitted from the wavelength conversion device 22 is white light generated by mixing the blue light which is the laser light L1 and the yellow light generated by the incident of the laser light on the phosphor. ..

図2(b)は、制御回路40の構成を示すブロック図である。制御回路40は、レーザ光源21又は波長変換装置22からの出力光LO(レーザ光L1又は波長変換光L2)を監視する出力光監視回路41と、駆動回路42によって生成されたレーザ光源21の駆動電流DCを監視する駆動電流監視回路42とを有する。出力光監視回路41は、例えば光検出器を含む。駆動電流監視回路42は、例えば電流計を含む。 FIG. 2B is a block diagram showing the configuration of the control circuit 40. The control circuit 40 drives the output light monitoring circuit 41 that monitors the output light LO (laser light L1 or wavelength conversion light L2) from the laser light source 21 or the wavelength conversion device 22, and the laser light source 21 generated by the drive circuit 42. It has a drive current monitoring circuit 42 that monitors the current DC. The output light monitoring circuit 41 includes, for example, a photodetector. The drive current monitoring circuit 42 includes, for example, an ammeter.

また、制御回路40は、出力光LOの経時変化及び駆動電流DCの経時変化に基づいて、レーザ素子LE1又はLE2の光学損傷であるCOD(Catastrophic Optical Damage)を予測する故障予測回路43を有する。故障予測回路43は、出力光LOの光出力の経時変化及び/又は駆動電流DCの電流値の経時変化に基づいて、駆動回路30によって駆動されているレーザ素子にCODが発生することを予測する。 Further, the control circuit 40 includes a failure prediction circuit 43 that predicts COD (Catastrophic Optical Damage), which is optical damage of the laser element LE1 or LE2, based on the time-dependent change of the output light LO and the time-dependent change of the drive current DC. The failure prediction circuit 43 predicts that COD will be generated in the laser element driven by the drive circuit 30 based on the time-dependent change of the optical output of the output light LO and / or the time-dependent change of the current value of the drive current DC. ..

また、制御回路40は、故障予測回路43による予測結果に基づいて、駆動回路30によるレーザ光源21の駆動の制御を行う駆動制御回路44を有する。駆動制御回路44は、レーザ光源21の駆動対象素子の制御(選択)を行う制御信号CSを生成し、駆動回路30に供給する。 Further, the control circuit 40 includes a drive control circuit 44 that controls the drive of the laser light source 21 by the drive circuit 30 based on the prediction result of the failure prediction circuit 43. The drive control circuit 44 generates a control signal CS that controls (selects) the drive target element of the laser light source 21, and supplies the control signal CS to the drive circuit 30.

具体的には、本実施例においては、レーザ光源21は、レーザ素子LE1及びLE2のいずれかを駆動対象の素子(現用素子)とし、他のレーザ素子を予備素子(待機素子)とする冗長構成を有する。例えば、駆動制御回路44は、故障予測回路43によって駆動対象のレーザ素子の故障が予測された場合、駆動回路30に対し、他のレーザ素子を駆動対象として選択して駆動させる制御を行う。 Specifically, in this embodiment, the laser light source 21 has a redundant configuration in which any of the laser elements LE1 and LE2 is used as a drive target element (active element) and the other laser element is used as a spare element (standby element). Has. For example, the drive control circuit 44 controls the drive circuit 30 to select and drive another laser element as a drive target when a failure of the laser element to be driven is predicted by the failure prediction circuit 43.

従って、故障予測回路43によって駆動対象のレーザ素子(例えばレーザ素子LE1)の光学損傷の発生が予測された場合、駆動回路30は、レーザ光源21内のレーザ素子LE1及びLE2のうちの他のレーザ素子(例えばレーザ素子LE2)を駆動対象として駆動する。 Therefore, when the failure prediction circuit 43 predicts the occurrence of optical damage to the laser element to be driven (for example, the laser element LE1), the drive circuit 30 uses the other lasers of the laser elements LE1 and LE2 in the laser light source 21. The element (for example, the laser element LE2) is driven as a driving target.

また、制御回路40は、故障予測回路43によって駆動対象素子にCODが発生することが予測されたことを示す情報を外部に通知する通知回路45を有する。例えば、通知回路45は、駆動されていたレーザ素子がCODの発生直前であり、他のレーザ素子が駆動対象素子となったこと、レーザ光源21の交換時期が近づいていることなどを外部(例えば自動車のドライバなど)に通知する。 Further, the control circuit 40 has a notification circuit 45 that notifies the outside of information indicating that COD is predicted to occur in the drive target element by the failure prediction circuit 43. For example, the notification circuit 45 externally (for example,) indicates that the laser element being driven is just before the occurrence of COD, another laser element has become the element to be driven, and the replacement time of the laser light source 21 is approaching. Notify the driver of the car, etc.).

なお、本実施例においては、駆動制御回路44は、レーザ光源21の駆動対象の切替制御に加え、駆動モードの切替制御を行う制御信号CSを駆動回路30に供給する。本実施例においては、駆動制御回路44は、駆動回路30に対し、選択したレーザ素子(駆動対象素子)を定出力駆動モード(APCモード)で駆動させるか、又は定電流駆動モード(ACCモード)で駆動させるかを指示する制御を行う。 In this embodiment, the drive control circuit 44 supplies the drive circuit 30 with a control signal CS that controls the switching of the drive mode in addition to the switching control of the drive target of the laser light source 21. In this embodiment, the drive control circuit 44 drives the selected laser element (drive target element) with respect to the drive circuit 30 in the constant output drive mode (APC mode), or the constant current drive mode (ACC mode). Controls to instruct whether to drive with.

また、駆動制御回路44は、駆動回路30に対し、レーザ光源21の初期の駆動対象素子(システム起動時の駆動対象素子)及び初期の駆動モード(システム起動時の駆動モード)を設定する制御を行う。例えば、駆動制御回路44は、駆動回路30に対し、初期駆動対象素子をレーザ素子LE1とし、初期駆動モードを定出力駆動モードとする制御を行うことができる。 Further, the drive control circuit 44 controls the drive circuit 30 to set an initial drive target element (drive target element at system startup) and an initial drive mode (drive mode at system startup) of the laser light source 21. Do. For example, the drive control circuit 44 can control the drive circuit 30 so that the initial drive target element is the laser element LE1 and the initial drive mode is the constant output drive mode.

次に、図3(a)及び(b)並びに図4(a)及び(b)を用いて、故障予測回路43による故障予測動作の詳細について説明する。まず、故障予測回路43は、レーザ光源21の駆動モードに応じて異なる予測基準を有し、この予測基準に基づいた駆動対象素子の故障予測を行う。
[定出力駆動モード(APCモード)で駆動する場合]
まず、レーザ光源21内の駆動対象素子(本実施例においてはレーザ素子LE1及びLE2のうちの1つのレーザ素子)が定出力駆動モード(APCモード)で駆動している場合、すなわち駆動制御回路44によって駆動回路30が定出力駆動モードでの駆動を行っている場合、故障予測回路43は、駆動電流DCが加速度的に増加する場合に駆動対象の素子のCODの発生を予測する。
Next, the details of the failure prediction operation by the failure prediction circuit 43 will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b) and FIGS. 4 (a) and 4 (b). First, the failure prediction circuit 43 has different prediction criteria depending on the drive mode of the laser light source 21, and the failure prediction of the drive target element is performed based on the prediction criteria.
[When driving in constant output drive mode (APC mode)]
First, when the drive target element in the laser light source 21 (in this embodiment, one laser element of the laser elements LE1 and LE2) is driven in the constant output drive mode (APC mode), that is, the drive control circuit 44 When the drive circuit 30 is driven in the constant output drive mode, the failure prediction circuit 43 predicts the occurrence of COD of the element to be driven when the drive current DC increases at an accelerating rate.

具体的には、故障予測回路43は、定出力駆動モードの場合、駆動対象素子の駆動電流値Iopの経時変化Iop(t)について、駆動対象素子の駆動開始時の駆動電流DCの電流値をIc、定数をk、時間をt、指数をαとして、以下の式(1)に従って経時変化したと判定する。 Specifically, in the case of the constant output drive mode, the failure prediction circuit 43 describes the current of the drive current DC at the start of driving of the drive target element with respect to the time-dependent change I op (t) of the drive current value I op of the drive target element. Assuming that the value is I c , the constant is k, the time is t, and the exponent is α, it is determined that the time has changed according to the following equation (1).

Figure 0006889995
そして、故障予測回路43は、所定の時間tを基準とした時間経過及び駆動電流値Iopの変化(Iop(t))を記録することで、指数αを求める。故障予測回路43は、この指数αが、α>1であり(予測条件1)、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続いた(予測条件2)場合、駆動対象素子におけるCODの発生を予測する(すなわちCODが発生する直前であると判定する)。
Figure 0006889995
Then, the failure prediction circuit 43 obtains the index α by recording the passage of time and the change in the drive current value Iop (I op (t)) with respect to the predetermined time t. When the index α is α> 1 (prediction condition 1) and the change state satisfying dα / dt> 0 continues for a predetermined time (prediction condition 2), the failure prediction circuit 43 determines the COD in the drive target element. Predict the occurrence (that is, determine that it is just before the occurrence of COD).

なお、予測条件2については、例えば判定期間(上記の「所定期間」に対応する)を1時間として指数αの変化を小数点第1位まで算出した際にdα/dt>0の関係を満たす(例えば1時間以内に2回以上dα/dt>0となる)場合にCODの発生を予測することができる。また、この判定期間は、確実にCODの発生を予測すること(すなわち実際にCODが発生する前に上記判定を行うこと)を考慮すると、例えば0.1時間〜100時間の範囲内で設定されることが好ましい。 Regarding the prediction condition 2, for example, the relationship of dα / dt> 0 is satisfied when the change of the index α is calculated to the first decimal place with the determination period (corresponding to the above “predetermined period”) as 1 hour (corresponding to the above “predetermined period”). For example, the occurrence of COD can be predicted when dα / dt> 0 occurs more than once within 1 hour). Further, this determination period is set, for example, in the range of 0.1 hour to 100 hours, considering that the occurrence of COD is surely predicted (that is, the above determination is performed before the actual occurrence of COD). Is preferable.

図3(a)は、式(1)における指数αの変化に応じた駆動電流値Iopの経時的な増加比を示す図である。例えば、α=0の場合、駆動電流Iopは増減しない。また、α=1の場合、駆動電流値Iopは線形的に増加する。しかし、αが1を超えると、駆動電流値Iopは指数関数的に増加していく。故障予測回路43は、駆動電流Iopの変化(Iop(t))を所定時間毎に記録することで式(1)の指数αを求め、求められた指数αに従って経時変化したことを判定し続ける。 FIG. 3A is a diagram showing the ratio of increase of the drive current value I op with time according to the change of the index α in the equation (1). For example, when α = 0, the drive current I op does not increase or decrease. When α = 1, the drive current value I op increases linearly. However, when α exceeds 1, the drive current value I op increases exponentially. The failure prediction circuit 43 obtains the index α of the equation (1) by recording the change (I op (t)) of the drive current I op at predetermined time intervals, and determines that the change with time according to the obtained index α. Continue to do.

図3(b)は、故障予測回路43によって判定された駆動電流値Iopの経時変化例をモデル化した図である。故障予測回路43は、例えば、駆動時間tが駆動開始から時間t1まではほとんど駆動電流値Iopに変化がなく(Iop(t)=Icの状態が続き)、この期間は式(1)で指数α=0の期間と近似した。この期間は予測条件1を満たしていないため、故障予測回路43はCODの発生を予測しない。 FIG. 3B is a diagram modeling an example of time-dependent changes in the drive current value I op determined by the failure prediction circuit 43. In the failure prediction circuit 43, for example, the drive current value I op hardly changes from the start of the drive to the time t1 (the state of I op (t) = I c continues), and this period is expressed by the equation (1). ) Approximately the period of index α = 0. Since the prediction condition 1 is not satisfied during this period, the failure prediction circuit 43 does not predict the occurrence of COD.

故障予測回路43は、時間t1以降も、所定時間毎に駆動電流値Iopの変化に基づいて指数αの近似及び電流値変化Iop(t)のモデル化を行っていく。そして、図3(b)に示す例では、時間t3以降、それ以前よりも短い間隔で駆動電流値Iopが指数関数的に増加していき、近似された指数αが徐々に増加していく。故障予測回路43は、t4のタイミングで、上記した予測条件1及び2の両方が満たされ、駆動対象素子にCODが発生することを予測判定する。 The failure prediction circuit 43 approximates the index α and models the current value change I op (t) based on the change in the drive current value I op at predetermined time intervals even after the time t1. Then, in the example shown in FIG. 3B, after the time t3, the drive current value I op increases exponentially at shorter intervals than before, and the approximated index α gradually increases. .. The failure prediction circuit 43 predicts and determines that both the above-mentioned prediction conditions 1 and 2 are satisfied and COD is generated in the drive target element at the timing of t4.

なお、時間t2〜t3の期間では、指数αはα=1.3と求められて予測条件1を満たすが、指数αは一定時間1.3の状態を維持する(dα/dt=0の状態が一定時間続く)ために予測条件2を満たさない。同様に、時間t3〜t4の期間でも、αが1.4であるので予測条件1を満たすが、指数αが1.4の状態が予測条件2の条件期間よりも長く維持されるために予測条件2を満たさない。従って、故障予測回路43は時間t2やt3のタイミングでは故障を予測しない。すなわち、故障予測回路43は、時間t2やt3のタイミングではまだCODの発生直前ではないと判定する。 In the period of time t2 to t3, the index α is obtained as α = 1.3 and satisfies the prediction condition 1, but the index α maintains the state of 1.3 for a certain period of time (state of dα / dt = 0). Does not satisfy the prediction condition 2 because (is continued for a certain period of time). Similarly, even in the period from time t3 to t4, since α is 1.4, the prediction condition 1 is satisfied, but the state where the index α is 1.4 is maintained longer than the condition period of the prediction condition 2, so that the prediction is made. Condition 2 is not satisfied. Therefore, the failure prediction circuit 43 does not predict a failure at the timing of time t2 or t3. That is, the failure prediction circuit 43 determines that the timing of the time t2 or t3 is not yet immediately before the occurrence of COD.

なお、半導体レーザを定出力駆動モードで駆動する場合、半導体レーザの故障は、CODの他、熱暴走によっても生ずることが知られている。これに対し、本願の発明者は、熱暴走による素子の故障が所定の駆動電流値Ifで生ずることを見出した。具体的には、熱暴走によるレーザ素子の故障が発生する駆動電流値(熱暴走発生電流値)Ifは、レーザ素子(駆動対象素子)の特性温度をT0、熱抵抗をRth、電気抵抗(シリーズ抵抗)をRとすると、以下の式(3)で表すことができる。 When the semiconductor laser is driven in the constant output drive mode, it is known that the failure of the semiconductor laser is caused not only by COD but also by thermal runaway. On the other hand, the inventor of the present application has found that a device failure due to thermal runaway occurs at a predetermined drive current value If. Specifically, the drive current value (thermal runaway generated current value) If that causes a failure of the laser element due to thermal runaway is T 0 for the characteristic temperature of the laser element (drive target element) , R th for the thermal resistance, and electricity. Assuming that the resistance (series resistance) is R, it can be expressed by the following equation (3).

Figure 0006889995
また、図3(b)に示すように、故障予測回路43を用いて上記したようなCODの発生予測を行う場合、この熱暴走が発生するタイミング(熱暴走が発生し得る駆動電流値Ifに達するタイミング)は、CODの予測タイミングよりも遅い。従って、故障予測回路43は、上記した予測条件1及び2に加え、駆動電流値Idが所定の電流値未満である(駆動電流値Id<熱暴走発生電流値If(予測条件3)を満たす)場合にCODの発生の予測を確定する。
Figure 0006889995
Further, as shown in FIG. 3B, when predicting the occurrence of COD as described above using the failure prediction circuit 43, the timing at which this thermal runaway occurs (the drive current value I f at which thermal runaway can occur) The timing to reach) is later than the predicted timing of COD. Therefore, in the failure prediction circuit 43, in addition to the prediction conditions 1 and 2 described above, the drive current value I d is less than a predetermined current value (drive current value I d <thermal runaway generation current value If (prediction condition 3)). If), the prediction of the occurrence of COD is confirmed.

これによって、CODの予測精度が向上し、より確実にCODの発生を予測することができる。これにより、故障予測回路43は、駆動電流値Iopが熱暴走発生電流値Ifに達するまで予測条件1及び2を満たさなかった場合、熱暴走による駆動対象素子の故障を予測することができる。
[定電流駆動モード(ACCモード)で駆動する場合]
次に、レーザ光源21の駆動対象素子が定電流駆動モード(ACCモード)で駆動している場合、すなわち駆動制御回路44によって駆動回路30が定電流駆動モードでの駆動を行っている場合、故障予測回路43は、出力光LOの光出力Poutが加速度的に低下する場合に駆動対象素子にCODが発生することを予測する。
As a result, the accuracy of COD prediction is improved, and the occurrence of COD can be predicted more reliably. Thus, the failure prediction circuit 43, when the drive current value I op did not meet predicted conditions 1 and 2 until it reaches the thermal runaway generation current value I f, it is possible to predict failure of the driven element due to thermal runaway ..
[When driving in constant current drive mode (ACC mode)]
Next, when the drive target element of the laser light source 21 is driven in the constant current drive mode (ACC mode), that is, when the drive circuit 30 is driven in the constant current drive mode by the drive control circuit 44, a failure occurs. The prediction circuit 43 predicts that COD will be generated in the drive target element when the light output P out of the output light LO decreases at an accelerating rate.

具体的には、故障予測回路43は、定電流駆動モードの場合、駆動対象素子又は波長変換装置22の光出力Poutの経時変化Pout(t)について、駆動対象素子又は波長変換装置22の駆動開始時の光出力をP0、定数をk、時間をt、指数をαとして、以下の式(2)に従って経時変化したと判定する。 Specifically, in the case of the constant current drive mode, the failure prediction circuit 43 of the drive target element or the wavelength conversion device 22 with respect to the time-dependent change P out (t) of the optical output P out of the drive target element or the wavelength conversion device 22. Assuming that the optical output at the start of driving is P 0 , the constant is k, the time is t, and the exponent is α, it is determined that the time has changed according to the following equation (2).

Figure 0006889995
そして、故障予測回路43は、所定の時間tを基準とした時間経過及び光出力Poutの変化(Pout(t))を記録することで、指数αを求める。故障予測回路43は、この指数αが、α>1であり(予測条件4)、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続いた(予測条件5)場合、駆動対象素子におけるCODの発生を予測する(すなわちCODが発生する直前であると判定する)。
Figure 0006889995
Then, the failure prediction circuit 43 obtains the index α by recording the passage of time and the change in the optical output P out (P out (t)) with respect to the predetermined time t. When the index α is α> 1 (prediction condition 4) and the change state satisfying dα / dt> 0 continues for a predetermined time (prediction condition 5), the failure prediction circuit 43 determines the COD in the drive target element. Predict the occurrence (that is, determine that it is just before the occurrence of COD).

なお、予測条件5については、例えば判定期間(上記の「所定期間」に対応する)を1時間として指数αの変化を小数点第1位まで算出した際にdα/dt>0の関係を満たす(例えば1時間以内に2回以上dα/dt>0となる)場合にCODの発生を予測することができる。また、この判定期間は、確実にCODの発生を予測すること(すなわち実際にCODが発生する前に上記判定を行うこと)を考慮すると、例えば0.1時間〜100時間の範囲内で設定されることが好ましい。 Regarding the prediction condition 5, for example, the relationship of dα / dt> 0 is satisfied when the change of the index α is calculated to the first decimal place with the determination period (corresponding to the above “predetermined period”) as 1 hour (corresponding to the above “predetermined period”). For example, the occurrence of COD can be predicted when dα / dt> 0 occurs more than once within 1 hour). Further, this determination period is set, for example, in the range of 0.1 hour to 100 hours, considering that the occurrence of COD is surely predicted (that is, the above determination is performed before the actual occurrence of COD). Is preferable.

図4(a)は、式(2)における指数αの変化に応じた光出力Poutの経時的な低下比を示す図である。例えば、α=1の場合、光出力Poutは線形的に低下する。しかし、αが1を超えると、光出力Poutは指数関数的に低下していく。故障予測回路43は、光出力Poutの変化(Pout(t))を所定時間毎に記録することで式(2)の指数αを求め、求められた指数αに従って経時変化したことを判定し続ける。 FIG. 4A is a diagram showing the ratio of decrease of the optical output P out with time according to the change of the index α in the formula (2). For example, when α = 1, the light output P out decreases linearly. However, when α exceeds 1, the optical output P out decreases exponentially. The failure prediction circuit 43 obtains the index α of the equation (2) by recording the change (P out (t)) of the optical output P out at predetermined time intervals, and determines that the change with time according to the obtained index α. Continue to do.

図4(b)は、故障予測回路43によって判定された光出力Poutの経時変化例をモデル化した図である。故障予測回路43は、例えば、駆動時間tが駆動開始から時間t1まではほとんど光出力Poutに変化がなく(Pout(t)=P0の状態が続き)、この期間は式(2)で指数α=0の期間と近似した。この期間は予測条件4を満たしていないため、故障予測回路43はCODの発生を予測しない。 FIG. 4B is a diagram modeling an example of time-dependent changes in the optical output P out determined by the failure prediction circuit 43. In the failure prediction circuit 43, for example, there is almost no change in the optical output P out from the start of driving to the time t1 when the driving time t (the state of P out (t) = P 0 continues), and this period is in the equation (2). Approximately the period of index α = 0. Since the prediction condition 4 is not satisfied during this period, the failure prediction circuit 43 does not predict the occurrence of COD.

故障予測回路43は、時間t1以降も、所定時間毎に光出力Poutの変化に基づいて指数αの近似及び光出力変化Pout(t)のモデル化を行っていく。そして、図4(b)に示す例では、時間t3以降、短い間隔で光出力Poutが指数関数的に低下していき、近似された指数αが増加していく。故障予測回路43は、t4のタイミングで、上記した予測条件4及び5の全てが満たされ、駆動対象素子にCODが発生することを予測する。 The failure prediction circuit 43 approximates the index α and models the optical output change P out (t) based on the change in the optical output P out at predetermined time intervals even after the time t1. Then, in the example shown in FIG. 4B, after the time t3, the optical output P out decreases exponentially at short intervals, and the approximated index α increases. The failure prediction circuit 43 predicts that all of the above-mentioned prediction conditions 4 and 5 are satisfied at the timing of t4, and that COD is generated in the drive target element.

なお、故障予測回路43は、定出力駆動モードと同様に、予測条件4及び5の両方を満たさなければCODの発生を予測しない。また、定電流駆動モードでは、熱暴走による素子の故障は起こりにくい。従って、定電流モードでは予測条件4及び5によって高い精度でCODの発生を予測することができる。 As in the constant output drive mode, the failure prediction circuit 43 does not predict the occurrence of COD unless both the prediction conditions 4 and 5 are satisfied. Further, in the constant current drive mode, element failure due to thermal runaway is unlikely to occur. Therefore, in the constant current mode, the occurrence of COD can be predicted with high accuracy according to the prediction conditions 4 and 5.

なお、本実施例においては光源装置20が波長変換装置22及びレンズ23を有する場合について説明したが、光源装置20は波長変換装置22及びレンズ23を有する場合に限定されない。光源装置20はレーザ光源21を有していればよい。例えば、光源装置20は波長変換装置22を有さず、レーザ光源21及びレンズ23から構成されていてもよい。この場合、レンズ23はレーザ光L1を外部に出力すればよい。また、制御回路40の光出力監視回路41は、監視対象の光として、レーザ光源21からのレーザ光L1を監視すればよい。 In this embodiment, the case where the light source device 20 has the wavelength conversion device 22 and the lens 23 has been described, but the light source device 20 is not limited to the case where the light source device 20 has the wavelength conversion device 22 and the lens 23. The light source device 20 may have a laser light source 21. For example, the light source device 20 does not have a wavelength conversion device 22, and may be composed of a laser light source 21 and a lens 23. In this case, the lens 23 may output the laser beam L1 to the outside. Further, the optical output monitoring circuit 41 of the control circuit 40 may monitor the laser beam L1 from the laser light source 21 as the light to be monitored.

このように、本実施例においては、光源システム10は、独立して駆動可能な複数の半導体レーザ素子LE1及びLE2を含むレーザ光源21と、複数の半導体レーザ素子LE1及びLE2のうちのいずれか1つのレーザ素子を駆動対象素子として駆動する駆動回路30と、駆動回路30による駆動対象素子の駆動電流DC又は駆動対象素子からの出力光LOの経時変化に基づいて駆動対象素子の光学損傷を予測し、当該予測に基づいて駆動回路30に対して駆動対象素子の切替制御を行う制御回路40と、を有する。 As described above, in the present embodiment, the light source system 10 includes a laser light source 21 including a plurality of semiconductor laser devices LE1 and LE2 that can be driven independently, and any one of the plurality of semiconductor laser devices LE1 and LE2. Predicts optical damage to the drive target element based on the drive circuit 30 that drives one laser element as the drive target element and the time course of the drive current DC of the drive target element by the drive circuit 30 or the output light LO from the drive target element. A control circuit 40 that controls switching of a drive target element with respect to the drive circuit 30 based on the prediction.

制御回路40の故障予測回路43は、駆動電流DC及び出力光LOの経時変化から、駆動対象素子にCODが発生する前にその予兆を判別する。従って、CODが実際に発生する前に、すなわち駆動中のレーザ素子が故障を起こす前に他の素子に駆動対象を切り替えることが可能となる。従って、例えば、突然の照明の消灯などを防ぐことが可能となる。 The failure prediction circuit 43 of the control circuit 40 determines the sign of COD before it occurs in the drive target element from the time-dependent changes of the drive current DC and the output light LO. Therefore, it is possible to switch the drive target to another element before the COD actually occurs, that is, before the laser element being driven fails. Therefore, for example, it is possible to prevent the lighting from being suddenly turned off.

例えば、光源システム10を車両用灯具(例えばヘッドランプ)に用いる場合、レーザ光源21の突然の消灯は、交通事故に直結することが予想される。従って、光源システム10が複数のレーザ素子LE1及びLE2を有すること、また、故障予測回路43によってCODの予測を行い、駆動対象の素子をCODの発生前に切り替えることで、安全な車両の走行を提供することができる。従って、光源システム10を用いて車両用灯具を構成することが好ましい。 For example, when the light source system 10 is used for a vehicle lamp (for example, a headlamp), it is expected that sudden turning off of the laser light source 21 will directly lead to a traffic accident. Therefore, the light source system 10 has a plurality of laser elements LE1 and LE2, and the failure prediction circuit 43 predicts the COD and switches the element to be driven before the occurrence of the COD, so that the vehicle can travel safely. Can be provided. Therefore, it is preferable to use the light source system 10 to configure the vehicle lamp.

なお、本実施例のように、レーザ素子LE1及びLE2を互いに光学的に結合して並置する場合、駆動されていないレーザ素子(駆動対象素子がレーザ素子LE1の場合はレーザ素子LE2)を出力光監視回路41の受光素子として使用することができる。具体的には、レーザ素子LE1を駆動する場合、レーザ素子LE1からの出力光LOの一部がレーザ素子LE1に伝搬する。従って、レーザ素子LE2のp電極55B及びn電極56間の電流を検出(監視)することで、レーザ素子LE2を出力光監視回路41の光検出器として機能させることができる。 When the laser elements LE1 and LE2 are optically coupled to each other and juxtaposed as in this embodiment, the undriven laser element (laser element LE2 when the drive target element is the laser element LE1) is output light. It can be used as a light receiving element of the monitoring circuit 41. Specifically, when driving the laser element LE1, a part of the output light LO from the laser element LE1 propagates to the laser element LE1. Therefore, by detecting (monitoring) the current between the p electrode 55B and the n electrode 56 of the laser element LE2, the laser element LE2 can function as a photodetector of the output light monitoring circuit 41.

換言すれば、本実施例においては、出力光監視回路41は、レーザ光源21内の複数のレーザ素子LE1及びLE2のうちの駆動されていないレーザ素子を受光素子として使用して出力光LOを監視する。これによって、例えば、出力光監視回路41用に光検出器を設ける必要がなく、システム構成が単純化及び小型化される。 In other words, in the present embodiment, the output light monitoring circuit 41 monitors the output light LO by using the undriven laser element among the plurality of laser elements LE1 and LE2 in the laser light source 21 as the light receiving element. To do. As a result, for example, it is not necessary to provide a photodetector for the output light monitoring circuit 41, and the system configuration is simplified and miniaturized.

図5は、実施例1の変形例に係る光源システムにおける光源装置20Aのレーザ光源21Aの模式的な斜視図である。レーザ光源21Aは、レーザ光源21と同様に、互いに光学的に結合されかつ並置された複数のレーザ素子LE1及びLE2を有するが、その詳細な構成がレーザ光源21とは異なる。まず、レーザ光源21では、レーザ素子LE1及びLE2に共通の半導体構造層52を有する場合について説明したが、レーザ光源21Aはレーザ素子LE1及びLE2で別々の半導体構造層62及び72を有する。すなわち、レーザ光源21Aは、レーザ素子LE1及びLE2の各々に対応し、互いに対向する端面によって共振器を構成する複数の半導体構造層62及び72を有する。 FIG. 5 is a schematic perspective view of the laser light source 21A of the light source device 20A in the light source system according to the modified example of the first embodiment. Similar to the laser light source 21, the laser light source 21A has a plurality of laser elements LE1 and LE2 optically coupled and juxtaposed with each other, but the detailed configuration thereof is different from that of the laser light source 21. First, the case where the laser light source 21 has the semiconductor structure layer 52 common to the laser elements LE1 and LE2 has been described, but the laser light source 21A has separate semiconductor structure layers 62 and 72 in the laser elements LE1 and LE2. That is, the laser light source 21A has a plurality of semiconductor structural layers 62 and 72 corresponding to each of the laser elements LE1 and LE2 and forming a resonator by end faces facing each other.

また、レーザ光源21Aは、レーザ素子LE1及びLE2の各々に対応し、それぞれ半導体構造層62及び72の各々の上面に形成されて対向する端面間にストライプ状に延びるリッジ部64及び74を有する。また、半導体構造層62及び72の各々のリッジ部64及び74は、隣接するリッジ部との間の間隔が140μm以下となるように配置されている。 Further, the laser light source 21A corresponds to each of the laser elements LE1 and LE2, and has ridge portions 64 and 74 formed on the upper surfaces of the semiconductor structure layers 62 and 72, respectively, and extending in a stripe shape between the opposite end faces. Further, the ridge portions 64 and 74 of the semiconductor structure layers 62 and 72 are arranged so that the distance between the ridge portions 64 and 74 and the adjacent ridge portions is 140 μm or less.

より詳細には、レーザ光源21Aは、搭載基板61上に、レーザ素子LE1として、半導体構造層62(n型半導体層62A、発光層62B及びp型半導体層62C)、絶縁層63、リッジ部64、p電極65及びn電極66が実装されている。本変形例においては、レーザ素子LE1上に、接合層67を介してレーザ素子LE2が形成されている。 More specifically, the laser light source 21A has a semiconductor structure layer 62 (n-type semiconductor layer 62A, light emitting layer 62B and p-type semiconductor layer 62C), an insulating layer 63, and a ridge portion 64 as the laser element LE1 on the mounting substrate 61. , P-electrode 65 and n-electrode 66 are mounted. In this modification, the laser element LE2 is formed on the laser element LE1 via the bonding layer 67.

具体的には、レーザ素子LE1上には、p型半導体層62C、リッジ部64及びp電極65の上面を覆うように接合層67が形成されている。接合層67上には、レーザ素子LE2として、絶縁層73、p電極75、リッジ部74を含む半導体構造層72(p型半導体層72C、発光層72B及びn型半導体層72A)、n電極76が形成されている。 Specifically, a bonding layer 67 is formed on the laser element LE1 so as to cover the upper surfaces of the p-type semiconductor layer 62C, the ridge portion 64, and the p electrode 65. On the bonding layer 67, as the laser element LE2, a semiconductor structure layer 72 (p-type semiconductor layer 72C, light emitting layer 72B and n-type semiconductor layer 72A) including an insulating layer 73, a p electrode 75, and a ridge portion 74, and an n electrode 76. Is formed.

レーザ素子LE1の半導体構造層62は、互いに対向する端面ES11及びES12によって当該端面間を共振器長方向RDとする共振器を構成する。同様に、レーザ素子LE2の半導体構造層72は、互いに対向する端面ES21及びES22によって当該端面間を共振器長方向RDとする共振器を構成する。 The semiconductor structure layer 62 of the laser element LE1 constitutes a resonator in which the end faces ES11 and ES12 facing each other form a resonator long direction RD between the end faces. Similarly, the semiconductor structure layer 72 of the laser element LE2 constitutes a resonator in which the end faces ES21 and ES22 facing each other form a resonator long direction RD between the end faces.

本変形例においては、レーザ光源21Aは、リッジ部64及び74が絶縁層73を挟んで互い違いに配置されるように半導体構造層62及び72が接合された構造を有する。従って、レーザ素子LE1及びLE2の光出射部間の間隔を小さく(例えば140μm以下)することができ、いずれのレーザ素子を駆動した場合でも1つのレンズ23で所望の形状の成形光L3(取り出し光)を生成することができる。 In this modification, the laser light source 21A has a structure in which the semiconductor structure layers 62 and 72 are joined so that the ridge portions 64 and 74 are alternately arranged with the insulating layer 73 interposed therebetween. Therefore, the distance between the light emitting portions of the laser elements LE1 and LE2 can be reduced (for example, 140 μm or less), and the molding light L3 (extracted light) having a desired shape can be formed by one lens 23 regardless of which laser element is driven. ) Can be generated.

上記したように、複数の半導体レーザ素子LE1及びLE2を含むレーザ光源21又は21Aにおいて、駆動回路30は、半導体レーザ素子LE1及びLE2のいずれかを駆動対象として駆動する。また、故障予測回路43は、駆動対象の素子の駆動モードに応じて、駆動対象素子の光出力LOの経時変化又は駆動対象素子の駆動電流DCの経時変化を計測し、駆動対象素子の光学損傷を予測する。また、故障予測回路43によって駆動対象素子の光学損傷の発生が予測された場合、駆動回路30は、レーザ光源21又は21A内の複数のレーザ素子LE1及びLE2のうちの駆動されていない他のレーザ素子を駆動対象として駆動する。従って、駆動対象の素子のCODが発生する前に駆動対象を他の素子に切替えることができ、信頼性の高い光源システムを提供することができる。 As described above, in the laser light source 21 or 21A including the plurality of semiconductor laser elements LE1 and LE2, the drive circuit 30 drives any of the semiconductor laser elements LE1 and LE2 as a drive target. Further, the failure prediction circuit 43 measures the time-dependent change of the optical output LO of the drive target element or the time-dependent change of the drive current DC of the drive target element according to the drive mode of the drive target element, and optically damages the drive target element. Predict. When the failure prediction circuit 43 predicts the occurrence of optical damage to the drive target element, the drive circuit 30 uses the laser light source 21 or the other undriven lasers of the plurality of laser elements LE1 and LE2 in the 21A. The element is driven as a driving target. Therefore, the drive target can be switched to another element before the COD of the drive target element is generated, and a highly reliable light source system can be provided.

10 光源システム
20 光源装置
21、21A レーザ光源
LE1、LE2 半導体レーザ素子
30 駆動回路
43 故障予測回路
44 駆動制御回路
10 Light source system 20 Light source device 21, 21A Laser light source LE1, LE2 Semiconductor laser element 30 Drive circuit 43 Failure prediction circuit 44 Drive control circuit

Claims (15)

複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源を有する光源装置と、
前記複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、前記1の半導体レーザ素子を、一定の光出力に保つ定出力駆動モードで駆動する駆動回路と、
前記駆動回路による前記1の半導体レーザ素子の駆動電流Iop駆動の経過時間t及び経時変化Iop(t)を記録し、前記1の半導体レーザ素子の駆動開始時の駆動電流値をI、定数をkとした、前記駆動電流の前記経時変化I op (t)を示す下記式(1)
Figure 0006889995
従って指数αを求め、前記式(1)の前記指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続くか又は所定の複数回数以上になる場合に、前記1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生と判定する故障予測回路と、を有し、
前記故障予測回路によって前記1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が判定された場合、前記駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴とする光源システム。
A light source device having a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements,
A drive circuit in which one of the plurality of semiconductor laser elements is driven and the semiconductor laser element is driven in a constant output drive mode for maintaining a constant light output.
The elapsed time t and the time-dependent change I op (t) of the drive current I op of the semiconductor laser device of the above 1 by the drive circuit are recorded, and the drive current value at the start of the drive of the semiconductor laser device of the above 1 is I c. The following equation (1) showing the time-dependent change I op (t) of the drive current, where k is a constant.
Figure 0006889995
To thus determine the index alpha, the index alpha of the formula (1) is, alpha> 1, and if a change condition satisfying dα / dt> 0 becomes equal to or more than a predetermined time continues Kukamatawa predetermined plurality of times , anda failure prediction circuit for determining the occurrence of optical damage in the semiconductor laser element of the 1,
When the occurrence of optical damage of the semiconductor laser element of the 1 is determined by the failure prediction circuit, wherein the drive circuit, and characterized in that the other semiconductor laser element of the plurality of semiconductor laser elements and driven Light source system.
複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源を有する光源装置と、
前記複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、前記1の半導体レーザ素子を、一定の光出力に保つ定出力駆動モードで駆動する駆動回路と、
前記駆動回路による前記1の半導体レーザ素子の駆動電流I op の駆動の経過時間t及び経時変化I op (t)を記録し、前記1の半導体レーザ素子の駆動開始時の駆動電流値をI 、定数をkとした、前記駆動電流の前記経時変化I op (t)を示す下記式(1)
Figure 0006889995
に従って指数αを求め、前記式(1)の前記指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続くか又は所定の複数回数以上になり、前記1の半導体レーザ素子の駆動電流値が所定の電流値未満である場合に、前記1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生と判定する故障予測回路と、を有し、
前記故障予測回路によって前記1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が判定された場合、前記駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴とする源システム。
A light source device having a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements,
A drive circuit in which one of the plurality of semiconductor laser elements is driven and the semiconductor laser element is driven in a constant output drive mode for maintaining a constant light output.
The elapsed time t and the time-dependent change I op (t) of the drive current I op of the semiconductor laser device of the above 1 by the drive circuit are recorded, and the drive current value at the start of the drive of the semiconductor laser device of the above 1 is I c. The following equation (1) showing the time-dependent change I op (t) of the drive current, where k is a constant.
Figure 0006889995
The exponent α is obtained according to the above equation (1), and the change state in which the exponent α of the formula (1) is α> 1 and satisfies dα / dt> 0 continues for a predetermined time or becomes a predetermined plurality of times or more . It has a failure prediction circuit that determines that optical damage has occurred in the semiconductor laser element of 1 when the drive current value of the semiconductor laser element is less than a predetermined current value.
When the occurrence of optical damage of the semiconductor laser element of 1 is determined by the failure prediction circuit, the drive circuit is characterized in that the other semiconductor laser element of the plurality of semiconductor laser elements is driven. light source system.
前記複数の半導体レーザ素子は、互いに光学的に結合されかつ並置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光源システム。 The light source system according to claim 1 or 2, wherein the plurality of semiconductor laser elements are optically coupled and juxtaposed with each other. 前記レーザ光源は、
前記複数の半導体レーザ素子に共通であり互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、
前記複数の半導体レーザ素子の各々に対応し、前記半導体構造層の上面に形成されて前記対向する端面間にストライプ状に延びる複数のリッジ部と、を有し、
前記複数のリッジ部の隣接するリッジ部間の間隔は140μm以下であることを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
The laser light source is
A semiconductor structural layer that is common to the plurality of semiconductor laser elements and constitutes a resonator by end faces facing each other,
It has a plurality of ridge portions corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements, formed on the upper surface of the semiconductor structural layer, and extending in a stripe shape between the opposing end faces.
The light source system according to claim 3, wherein the distance between adjacent ridge portions of the plurality of ridge portions is 140 μm or less.
前記レーザ光源は、
前記複数の半導体レーザ素子の各々に対応し、互いに対向する端面によって共振器を構成する複数の半導体構造層と、
前記複数の前記半導体レーザ素子の各々に対応し、前記複数の前記半導体構造層の各々の上面に形成されて前記対向する端面間にストライプ状に延びるリッジ部と、を有し、
前記複数の前記半導体構造層の各々の前記リッジ部は、隣接するリッジ部との間の間隔が140μm以下となるように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光源システム。
The laser light source is
A plurality of semiconductor structural layers corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements and forming a resonator by end faces facing each other,
It has a ridge portion corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements, formed on the upper surface of each of the plurality of semiconductor structural layers, and extending in a stripe shape between the opposing end faces.
The light source system according to claim 3, wherein the ridge portion of each of the plurality of semiconductor structural layers is arranged so that the distance between the ridge portion and the adjacent ridge portion is 140 μm or less.
前記故障予測回路によって前記1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が判定されたことを外部に通知する通知回路を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の光源システム。 Light source system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a notification circuit for notifying the occurrence of the optical damage of the semiconductor laser element of the 1 by the failure prediction circuit is determined externally .. 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の光源システムを含む車両用灯具であって、
前記光源装置は、前記レーザ光源からのレーザ光を外部に出力するレンズと、を有することを特徴とする車両用灯具。
A vehicle lamp including the light source system according to any one of claims 1 to 6.
The light source device is a vehicle lamp having a lens that outputs a laser beam from the laser light source to the outside.
複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源を有する光源装置と、
前記複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、前記1の半導体レーザ素子を、一定の駆動電流に保つ定電流駆動モードで駆動する駆動回路と、
前記駆動回路による前記1の半導体レーザ素子の駆動の経過時間t及び光出力Poutの経時変化Pout(t)を記録し、前記1の半導体レーザ素子の駆動開始時の光出力をP、定数をkとした、前記光出力の前記経時変化P out (t)を示す下記式(2)
Figure 0006889995
従って指数αを求め、前記式(2)の前記指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続くか又は所定の複数回数以上になる場合に、前記1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生と判定する故障予測回路と、を有し、
前記故障予測回路によって前記1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が判定された場合、前記駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴とする光源システム。
A light source device having a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements,
A drive circuit that targets one of the plurality of semiconductor laser elements to be driven and drives the semiconductor laser element in a constant current drive mode that maintains a constant drive current.
The elapsed time t of driving the semiconductor laser element of 1 and the time-dependent change P out (t) of the optical output P out by the drive circuit are recorded, and the optical output at the start of driving of the semiconductor laser element of 1 is P 0 . The following equation (2) showing the time-dependent change Pout (t) of the optical output, where k is a constant.
Figure 0006889995
To thus determine the index alpha, the index alpha of the formula (2) is, alpha> 1, and if a change condition satisfying dα / dt> 0 becomes equal to or more than a predetermined time continues Kukamatawa predetermined plurality of times , anda failure prediction circuit for determining the occurrence of optical damage in the semiconductor laser element of the 1,
When the occurrence of optical damage of the semiconductor laser element of the 1 is determined by the failure prediction circuit, wherein the drive circuit, and characterized in that the other semiconductor laser element of the plurality of semiconductor laser elements and driven Light source system.
前記複数の半導体レーザ素子は、互いに光学的に結合されかつ並置されていることを特徴とする請求項8に記載の光源システム。 The light source system according to claim 8, wherein the plurality of semiconductor laser elements are optically coupled and juxtaposed with each other. 前記1の半導体レーザ素子からの出力光を監視する出力光監視回路を有し、
前記出力光監視回路は、前記複数の半導体レーザ素子のうちの駆動されていない半導体レーザ素子を受光素子として使用して前記出力光を監視することを特徴とする請求項9に記載の光源システム。
It has an output light monitoring circuit that monitors the output light from the semiconductor laser device of 1.
The light source system according to claim 9, wherein the output light monitoring circuit monitors the output light by using an undriven semiconductor laser element among the plurality of semiconductor laser elements as a light receiving element.
前記レーザ光源は、
前記複数の半導体レーザ素子に共通であり互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、
前記複数の半導体レーザ素子の各々に対応し、前記半導体構造層の上面に形成されて前記対向する端面間にストライプ状に延びる複数のリッジ部と、を有し、
前記複数のリッジ部の隣接するリッジ部間の間隔は140μm以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載の光源システム。
The laser light source is
A semiconductor structural layer that is common to the plurality of semiconductor laser elements and constitutes a resonator by end faces facing each other,
It has a plurality of ridge portions corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements, formed on the upper surface of the semiconductor structural layer, and extending in a stripe shape between the opposing end faces.
The light source system according to claim 9 or 10, wherein the distance between adjacent ridge portions of the plurality of ridge portions is 140 μm or less.
前記レーザ光源は、
前記複数の半導体レーザ素子の各々に対応し、互いに対向する端面によって共振器を構成する複数の半導体構造層と、
前記複数の前記半導体レーザ素子の各々に対応し、前記複数の前記半導体構造層の各々の上面に形成されて前記対向する端面間にストライプ状に延びるリッジ部と、を有し、
前記複数の前記半導体構造層の各々の前記リッジ部は、隣接するリッジ部との間の間隔が140μm以下となるように配置されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の光源システム。
The laser light source is
A plurality of semiconductor structural layers corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements and forming a resonator by end faces facing each other,
It has a ridge portion corresponding to each of the plurality of semiconductor laser elements, formed on the upper surface of each of the plurality of semiconductor structural layers, and extending in a stripe shape between the opposing end faces.
The light source system according to claim 9 or 10, wherein the ridge portion of each of the plurality of semiconductor structural layers is arranged so that the distance between the ridge portion and the adjacent ridge portion is 140 μm or less. ..
請求項8乃至12のいずれか1つに記載の光源システムを含む車両用灯具であって、
前記光源装置は、前記レーザ光源からのレーザ光を外部に出力するレンズを有することを特徴とする車両用灯具。
A vehicle lamp comprising the light source system according to any one of claims 8 to 12.
The light source device is a vehicle lamp having a lens that outputs a laser beam from the laser light source to the outside.
互いに光学的に結合されかつ並置された複数の半導体レーザ素子を含むレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光の波長を変換する波長変換装置と、を有する光源装置と、
前記複数の半導体レーザ素子のうちの1の半導体レーザ素子を駆動対象とし、前記1の半導体レーザ素子を、一定の駆動電流に保つ定電流駆動モードで駆動する駆動回路と、
前記駆動回路による前記1の半導体レーザ素子の駆動の経過時間t及び光出力Poutの経時変化Pout(t)を記録し、前記1の半導体レーザ素子の駆動開始時の光出力をP、定数をkとした、前記光出力の前記経時変化P out (t)を示す下記式(2)
Figure 0006889995
従って指数αを求め、前記(2)の前記指数αが、α>1であり、かつdα/dt>0を満たす変化状態が所定時間続くか又は所定の複数回数以上になる場合に、前記1の半導体レーザ素子における光学損傷の発生と判定する故障予測回路と、を有し、
前記故障予測回路によって前記1の半導体レーザ素子の光学損傷の発生が判定された場合、前記駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のうちの他の半導体レーザ素子を駆動対象とすることを特徴とする光源システム。
A light source device including a laser light source including a plurality of semiconductor laser elements optically coupled and juxtaposed to each other, and a wavelength conversion device for converting the wavelength of the laser light from the laser light source.
A drive circuit that targets one of the plurality of semiconductor laser elements to be driven and drives the semiconductor laser element in a constant current drive mode that maintains a constant drive current.
The elapsed time t of driving the semiconductor laser element of 1 and the time-dependent change P out (t) of the optical output P out by the drive circuit are recorded, and the optical output at the start of driving of the semiconductor laser element of 1 is P 0 . The following equation (2) showing the time-dependent change Pout (t) of the optical output, where k is a constant.
Figure 0006889995
To thus determine the index alpha, the index alpha of the formula (2) is, alpha> 1, and if a change condition satisfying dα / dt> 0 becomes equal to or more than a predetermined time continues Kukamatawa predetermined plurality of times , anda failure prediction circuit for determining the occurrence of optical damage in the semiconductor laser element of the 1,
When the occurrence of optical damage of the semiconductor laser element of the 1 is determined by the failure prediction circuit, wherein the drive circuit, and characterized in that the other semiconductor laser element of the plurality of semiconductor laser elements and driven Light source system.
請求項14に記載の光源システムを含む車両用灯具であって、
前記光源装置は、前記波長変換装置からの波長変換光を外部に出力するレンズを有することを特徴とする車両用灯具。
A vehicle lamp comprising the light source system according to claim 14.
The light source device is a vehicle lamp having a lens that outputs wavelength conversion light from the wavelength conversion device to the outside.
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