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JP3757622B2 - Laser diode driver - Google Patents
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JP3757622B2 - Laser diode driver - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動装置に係り、特に高速に自動光量制御動作を行うレーザダイオード駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、レーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動装置においては、自動光量制御動作と称される期間に、レーザダイオードの光出力をホトダイオードなどの光検出器を用いてモニタ電圧に変換し、変換後のモニタ電圧と目標とする光量に対応する基準電圧とを誤差検出器によって比較することにより、レーザダイオードの光量として目標光量を得るための駆動電流制御電圧を得る。また、外部からの入力信号に基づいてレーザダイオードの変調を行う変調期間には、前記自動光量制御動作により設定された駆動電流制御電圧を用いてレーザダイオードの光出力を変調する。
【0003】
ところで、図12には、複数のフィードバックループを用いてレーザダイオード201の光量を異なる複数の目標レベルに調整するレーザダイオード駆動装置200が示されている。このレーザダイオード駆動装置200では、レーザダイオード201のしきい電流に応じて固定的に供給されるバイアス電流と、入力信号に応じて変調される変調電流の2種類の電流をそれぞれ自動調整するために、スイッチ手段214A、214Bを用いて2つのフィードバックループを選択制御している。
【0004】
ここで、図12を用いて、スイッチ手段214A、214Bの切替えにより選択される各動作モードについてそれぞれ説明する。
【0005】
図12に示すレーザダイオード201の最大光量を設定する第1の自動光量制御動作は、スイッチ手段214Aを閉じスイッチ手段214Bを開くことにより実行される。この時、光検出器202が出力する光モニタ電流を可変抵抗器222により電流−電圧変換し、該変換で得られたモニタ電圧VMをバッファ手段211Aを介して誤差検出器212の反転入力端子に入力すると共に、基準電圧発生回路209Aを構成する可変抵抗器210Aにより発生した基準電圧VR1を、スイッチ手段230A及びバッファ手段211Bを介して誤差検出器212の非反転入力端子に入力する。両端の電圧の比較により誤差検出器212が出力する誤差電圧VC1は、スイッチ手段214A及びバッファ手段216Aを介して駆動電流出力回路217Aに入力され、該駆動電流出力回路217Aにより電流に変換される。この変換後の電流は、駆動電流出力回路217Bが出力するバイアス電流に重畳され、重畳された合成電流でレーザダイオード201が駆動される。そして、レーザダイオード201の出力光が所望する最大光量で安定になった時に、サンプルホールド回路213Aを構成するスイッチ手段214Aを開き、最大光量に相当する駆動電流を設定するための変調電流制御電圧VC1をコンデンサ215Aに保持する。
【0006】
次に、レーザダイオード201のしきい電流に相当するバイアス電流を設定する第2の自動光量制御動作について説明する。第2の自動光量制御動作は、スイッチ手段214Bを閉じ、スイッチ手段214Aを開くことにより実行される。この時、光検出器202が出力する光モニタ電流を可変抵抗器222により電流−電圧変換し、該変換で得られたモニタ電圧をバッファ手段211Aを介して誤差検出器212の反転入力端子に入力すると共に、基準電圧発生回路209Bを構成する可変抵抗器210Bにより発生した基準電圧VR2を、スイッチ手段230B及びバッファ手段211Bを介して誤差検出器212の非反転入力端子に入力する。両端の電圧の比較により誤差検出器212が出力する誤差電圧VC2は、スイッチ手段214B及びバッファ手段216Bを介して駆動電流出力回路217Bに入力され、該駆動電流出力回路217Bにより電流に変換される。この変換後の電流は、駆動電流出力回路217Aが出力する変調電流に重畳され、重畳された合成電流でレーザダイオード201が駆動される。そして、レーザダイオード201の出力光が所望する光量で安定になった時に、サンプルホールド回路213Bを構成するスイッチ手段214Bを開き、所望の光量に相当する駆動電流を設定するためのバイアス電流制御電圧VC2をコンデンサ215Bに保持する。
【0007】
第1の自動光量制御動作と第2の自動光量制御動作とを繰り返し行うことにより、サンプルホールド回路213Bが保持するバイアス電流制御電圧VC2で制御されるバイアス電流は、レーザダイオード201のしきい電流に徐々に近似される。一方、サンプルホールド回路213Aが保持する変調電流制御電圧VC1で制御される変調電流は最大光量に相当する電流に近似される。
【0008】
ところで、演算増幅器から構成される誤差検出器212には、図12に示すように例えば抵抗器224とコンデンサ225の直列回路で構成された位相補償回路223が設けられており、コンデンサ225の容量値は、レーザダイオード201とモニタ用の受光器202、受光器出力電流を電圧に変換する抵抗器222を含む負帰還ループの位相遅れとループゲインに応じて調整されている。このような位相補償回路223は、誤差検出器212の位相補償を行う。
【0009】
このように負帰還の制御系において位相補償回路を設ける技術としては、特開平5−113802号公報に、駆動対象の動作状態を検出部により検出し、該検出出力を比較部にて基準値と比較して誤差信号を得て、該誤差信号を制御部へ印加して負帰還制御を行う際に、比較部と制御部との間に位相補償回路に相当する時間制御部を設け、該時間制御部によって時間特性を変えた誤差信号を制御部へ入力することにより、負帰還の制御系において時定数を充分大きな値に設定しても、自動調整時の負帰還の安定化を図る技術が開示されている。
【0010】
しかしながら、図12に示すレーザ駆動電流出力回路200の場合、第1の自動光量制御動作から第2の自動光量制御動作に切り替わった際に、誤差検出器212の出力電圧は最大光量に相当する電圧VC1であり、整定すべき目標電圧が最小光量に相当する電圧VC2であるので、誤差検出器212の出力電圧が電圧VC1から電圧VC2に整定するまでに多くの時間を要する。特に、誤差検出器212の位相補償手段223に関して、対象となるフィードバックループが光−電流変換経路を含み、時定数が長い系であるので、安定化のため位相補償手段内部に数百pFから数nFの位相補償容量を備えなければならない。
【0011】
このように位相補償容量が大きくなると、それだけ電圧VC1から電圧VC2に切り替わるのに位相補償容量を充電しなければならず、目標の制御状態に落ち着かせるには、第2の自動光量制御に数μ秒から数十μ秒の整定時間が必要となる。上記特開平5−113802号公報の技術でも、負帰還の制御系において時定数を充分大きな値に設定しているので、多くの整定時間を要するという同様の問題を有している。
【0012】
また、変調動作から第1の自動光量制御動作に切り替わった際に、変調動作でレーザダイオード201が低光量で発光しているか又は消灯していた場合、誤差検出器212の非反転入力端子への入力電圧は反転入力端子への入力電圧に対して著しく低くなるので、誤差検出器212の出力電圧は電源電圧側に振り切れるおそれがある。従って、第1の自動光量制御動作に切り替わった際に、電源電圧に近い電圧から目標とする制御電圧VC1に整定するまでに多くの時間を要する上に、誤差検出器212の出力電圧が電源電圧側に振り切れた場合には、電流出力回路217A、217Bから過大な電流がレーザダイオード201に流れるおそれがある。
【0013】
ところで、単一のフィートバックループを用いてレーザダイオードの光量を単一の目標レベルに調整するレーザダイオード駆動装置においても、上記同様の問題があった。
【0014】
図13はレーザダイオードの光量を単一の目標レベルに調整するレーザダイオード駆動装置の回路ブロック図である。この図13において、自動光量制御動作は、スイッチ手段270A、270B、263を閉じ、スイッチ手段270C、270Dを開くことにより行う。この時、光検出器252が出力する光モニタ電流を可変抵抗器269により電流−電圧変換し、そのモニタ電圧VMはバッファ手段260A、スイッチ手段270Aをそれぞれ介して誤差検出器261の反転入力端子に入力されると共に、基準電圧発生回路258を構成する可変抵抗器259により発生した基準電圧VRはバッファ手段260B、スイッチ手段270Bをそれぞれ介して誤差検出器261の非反転入力端子に入力される。そして、誤差検出器261によりモニタ電圧VMと基準電圧VRとが比較される。誤差検出器261が出力する誤差電圧はスイッチ手段263及びバッファ手段265を介して入力される駆動電流出力回路267でレーザ駆動電流に変換され、バイアス電流と加算した駆動電流でレーザダイオード251を発光させる。レーザダイオード251の光量は、可変抵抗器269によるモニタ電圧VMの調整もしくは基準電圧発生回路258で発生される基準電圧VR1の調整によって目標の光量に調整される。レーザダイオード251の光量が所望の光量で安定化した時にスイッチ手段263が開き、その時の制御電圧VCがコンデンサ264に保持される。
【0015】
しかしながら、自動光量制御の開始直前にレーザダイオードが消灯もしくは低光量で発光している場合、光検出器が出力する光モニタ電流が数十μA〜数百μAと小さくこれを電圧に変換する負荷抵抗器の抵抗値を大きくする必要があるので、CR時定数により位相遅れが生じ、自動光量制御動作が開始され、レーザダイオードが最大光量で発光した場合に、それに対応するモニタ電圧に収束するまでの時間が長くなる。そのため、図13に示す誤差検出器261の反転入力端子に入力されるモニタ電圧が基準電圧VRと比較して低くなり、レーザダイオード251を駆動する制御電圧が高くなるので、レーザダイオード251に過大な駆動電流が流れたり、自動光量制御時間が長くなる要因になっていた。
【0016】
図14(A)、(B)、(C)はこれを説明するための波形図である。図14(A)、(B)、(C)において期間P1、P3は変調期間、期間P2、P4は自動光量制御期間をそれぞれ示し、図14(A)の波形は光検出器252により検出されるモニタ電圧VMを、図14(B)の波形はサンプルホールド回路262が出力する制御電圧VHを、図14(C)の波形はレーザダイオード251に流れる駆動電流Iを、それぞれ示している。
【0017】
変調動作期間P3から自動光量制御動作期間P4に移行する際、モニタ電圧VMはレーザダイオード251の出力に応じて変動する応答速度が遅いために自動光量制御動作期間P4の直前にレーザダイオード251が消灯していた場合、図14(A)のP4に示すように、自動光量制御動作が開始されてもモニタ電圧VMが上がるのに時間がかかるので、誤差検出器261の出力電圧VHは、基準電圧VRとの比較により光量を増大させる方向に上昇し、図14(C)に示すように、レーザ駆動電流Iも目標駆動電流を超えて上昇する。そのため、自動光量制御動作を完了するのに必要な時間も長くなる。
【0018】
これを解決するために、自動光量制御動作の直前にレーザダイオードを最大光量で発光させる方法が考えられる。図14(A)のP1に示すように自動光量制御動作期間P2の直前にレーザダイオード251を最大光量で発光させれば、誤差検出器261の出力電圧VHの変動を小さくすることができるので、図14(C)に示すようにレーザ駆動電流Iの変動も小さくすることができる。
【0019】
ところが、自動光量制御動作を開始する前にレーザダイオードを最大光量で発光させるシーケンスを必ず組み入れるということは、毎回必ず光モニタ電圧が整定する時間を自動光量制御動作の前に設けなければならず、その分、変調動作期間が短くなってしまう。
【0020】
上記のようにレーザダイオードの出力光をフォトダイオードで受光し該受光量に応じた電圧出力をサンプルホールド回路により保持する技術としては、特開平9−45980号公報に、レーザパワー調整期間の直前所定期間で演算増幅器によってバッファアンプを構成して仮の駆動電圧を入力することで演算増幅器の状態を能動状態に保持し、上記仮の駆動電圧をレーザパワー調整期間における駆動電圧の最終目標値に近いレベルに設定することで、レーザパワー調整期間で比較出力が発光開始レベルとなって正常なループ応答動作に移行するまでの時間を短縮する技術が開示されている。
【0021】
また、特開昭62−243137号公報には、光記憶媒体にデータを記録するためのレーザビームを発生するレーザダイオードの出力をフィードバックして該レーザダイオード素子の出力を所定値に制御する制御方式において、記録動作時以前には、フィードバック量を上記所定値に対応した値に固定することにより、レーザダイオードに過大な駆動電流が供給されることを防止する技術が開示されている。
【0022】
上記のうち特開平9−45980号公報記載の技術では、具体的には、演算増幅器により構成された図15の比較器292の出力(レーザダイオード制御電圧)と仮の駆動電圧(サンプルホールド回路290の出力)とを略一致させるために、比較器292にフォトダイオード294の出力(サンプルホールド回路290の出力)を入力し、該比較器292の出力とフォトダイオード294の出力とを一致させる構成となっている。ところが、実際には自動光量制御動作時に比較器292は、フォトダイオード294の出力と基準電圧ERRとの差を増幅するため、比較器292の出力と自動光量制御動作の終了時のレーザダイオード制御電圧とは一致しなくなる。よって、精度の高い駆動制御は困難である。一方の特開昭62−243137号公報記載の技術も、図16のサンプルホールド回路296と比較器298の構成は上記と同様であるため、同様の問題点を有している。
【0023】
本発明は、上記問題点を解消するために成されたものであり、変調動作から自動光量調整動作へ移行するときや、所定の光量基準値に基づく自動光量調整動作から他の光量基準値に基づく自動光量調整動作へ移行するときに、誤差増幅器の出力電圧の変動を小さくして、安定的な動作の移行及び自動光量調整動作に要する時間の短縮を図ることができるレーザダイオード駆動装置を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載のレーザダイオード駆動装置は、レーザダイオードからのレーザ光を受光し該受光量に応じた検出値を出力する受光検出手段と、前記受光検出手段により出力された検出値と所定の基準値とを比較して誤差増幅する誤差増幅手段と、前記誤差増幅手段による誤差増幅後の出力値を保持する保持手段と、前記保持手段により保持された前記出力値に基づいて前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、を有するレーザダイオード駆動装置において、前記レーザダイオードの発光量の検出値が前記所定の基準値に等しくなるときの該レーザダイオードの駆動電流値を設定するための光量制御期間に、前記誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する位相補償手段を設けたことを特徴とする。
【0025】
上記請求項1記載のレーザダイオード駆動装置では、受光検出手段がレーザダイオードからのレーザ光を受光し該受光量に応じた検出値を出力し、出力された検出値が誤差増幅手段に入力される。そして、誤差増幅手段が該検出値と所定の基準値とを比較して誤差増幅し、保持手段が該誤差増幅後の出力値を保持する。なお、ここでの保持手段としては、例えばコンデンサを採用することができ、誤差増幅手段から出力された誤差増幅後の出力電圧を該コンデンサに保持すれば良い。
【0026】
そして、駆動手段は、保持された出力値に基づいてレーザダイオードを駆動する。例えば、駆動手段は、コンデンサに保持された出力電圧をレーザダイオードの駆動電流に変換し、得られた駆動電流をレーザダイオードに供給することにより、該レーザダイオードを駆動する。
【0027】
このようなレーザダイオード駆動装置では、レーザダイオードの発光量の検出値が所定の基準値に等しくなるときの該レーザダイオードの駆動電流値を設定するための光量制御期間が設けられている。この光量制御期間に、位相補償手段は、誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する。
【0028】
よって、光量制御期間が終了した時点では、光量制御期間の終了直前の誤差増幅手段の内部電圧が位相補償手段に保持されている。その後、例えば画像データに基づくレーザ光の変調を行う変調期間を経て、再度光量制御期間になると、位相補償手段が誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続されるが、このとき、該位相補償手段には前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧が保持されている。
【0029】
好ましくは、誤差増幅手段は、光量制御期間にオンとなる切替手段と、該切替手段を介して誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する補償手段とを含んで構成するのが良い。
【0030】
この場合、光量制御期間では、切替手段がオンとなり、補償手段が誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行う。なお、この補償手段としては、例えば、直列接続されたコンデンサと抵抗器により構成されたCR回路を採用しても良いし、コンデンサのみで構成しても良い。最初の位相補償ではコンデンサに位相補償容量の電荷が充電される。そして、光量制御期間が終了すると、切替手段がオフとなり、補償手段が光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧を保持する。その後、再度光量制御期間になると、切替手段がオンとなり、補償手段が誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続される。このとき、補償手段には既に前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧が保持されている。
【0031】
このように光量制御期間の開始時点で、位相補償手段は、前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧を保持しているので、改めて位相補償容量と誤差増幅手段の内部電圧に応じた電荷の充電を行う必要が無い。これにより、光量制御動作に要する時間を短縮することができると共に、誤差増幅手段の出力電圧の変動を小さくして安定的な光量制御動作への移行を図ることができる。
【0032】
なお、上記誤差増幅手段内の所定箇所としては、例えば、誤差増幅手段の出力段の入力と出力との間を採用することができる。この場合、内部電圧として光量制御期間の終了直前の前記出力段の電圧が保持される。但し、本発明は、例えば、図7に示すように、ゲインの重畳により誤差増幅器全体のゲインを増加させるべく、差動増幅器90A、シフト段90B及び出力段90Cの3段で構成された誤差増幅器90にも適用可能であり、位相補償手段23を、シフト段90Bの出力S0と出力段90Cの入力N0との間に設けても良い。このように本発明の適用範囲は、誤差増幅器の構成や位相補償手段の接続場所により限定されるものではない。
【0033】
ところで、レーザダイオードの発光量の基準値として複数の基準値が設けられることがある。複数の基準値としては、例えば、レーザダイオードの最大光量と最小光量(しきい電流に対応する光量と最大光量との間の任意の光量)とを採用することが多い。
【0034】
以下の請求項2記載のレーザダイオード駆動装置は、レーザダイオードの発光量の基準値として複数の基準値が設けられたレーザダイオード駆動装置である。この請求項2記載のレーザダイオード駆動装置は、レーザダイオードからのレーザ光を受光し該受光量に応じた検出値を出力する受光検出手段と、前記受光検出手段により出力された検出値と所定の複数の基準値の各々とを比較して誤差増幅する誤差増幅手段と、前記誤差増幅手段による誤差増幅後の出力値を保持する保持手段と、前記保持手段により保持された前記出力値に基づいて前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、を有するレーザダイオード駆動装置において、前記レーザダイオードの発光量の検出値が各基準値に等しくなるときの該レーザダイオードの駆動電流値を設定するための各基準値毎の光量制御期間に、前記誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する各基準値毎の位相補償手段を設けたことを特徴とする。
【0035】
この請求項2記載のレーザダイオード駆動装置では、上記請求項1記載のレーザダイオード駆動装置と同様に、1つの基準値に関する第1の光量制御期間に、該基準値に対応した位相補償手段が、誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する。
【0036】
その後、他の基準値に関する光量制御期間や、例えば画像データに基づくレーザ光の変調を行う変調期間を経て、再度第1の光量制御期間になると、該基準値に対応した位相補償手段が誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続される。このとき、該位相補償手段には既に前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧が保持されている。
【0037】
好ましくは、誤差増幅手段は、各基準値毎の光量制御期間にオンとなる各基準値毎の切替手段と、各基準値毎の切替手段を介して該誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する各基準値毎の補償手段と、を含んで構成するのが良い。
【0038】
この場合、1つの基準値に関する第1の光量制御期間になると、該基準値に対応した切替手段がオンとなり、該基準値に対応した補償手段が誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行う。最初の位相補償では補償手段(コンデンサ等)に位相補償容量の電荷が充電される。そして、この第1の光量制御期間が終了すると、切替手段がオフとなり、補償手段が第1の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧を保持する。その後、他の基準値に関する光量制御期間や、例えば画像データに基づくレーザ光の変調を行う変調期間を経て、再度第1の光量制御期間になると、上記切替手段がオンとなり、補償手段が誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続される。このとき、補償手段には既に前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧が保持されている。
【0039】
以上のように、再度第1の光量制御期間になったときに、位相補償手段には既に前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧が保持されているので、改めて位相補償容量と誤差増幅手段の内部電圧に応じた電荷の充電を行う必要が無く、光量制御動作に要する時間を短縮することができると共に、誤差増幅手段の出力電圧の変動を小さくして安定的な光量制御動作への移行を図ることができる。同様に、他の基準値に関する光量制御期間に関しても、光量制御動作に要する時間の短縮及び安定的な光量制御動作への移行を図ることができる。
【0054】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
以下、図面を参照して、請求項1、2に記載の発明に係る第1実施形態を説明する。
【0055】
図1には、複数のフィードバックループを用いてレーザダイオード1の光量を異なる複数の目標レベルへと各フィードバックループ毎に調整するレーザダイオード駆動装置35の構成が示されている。
【0056】
このレーザダイオード駆動装置35には、2つの基準電圧発生回路9A、9Bが設けられており、基準電圧発生回路9Aは可変抵抗器10Aにより電源電圧を分圧し所望の基準電圧VR1を得、基準電圧発生回路9Bは可変抵抗器10Bにより電源電圧を分圧し所望の基準電圧VR2を得ている(なお、基準電圧VR1、VR2は基準電圧VRと総称する)。これら基準電圧VR1、VR2の何れかがスイッチ手段30A、30Bの開閉により選択され、選択された基準電圧に応じた基準信号がバッファ手段11Bを介して誤差増幅器12の非反転入力端子に入力される。
【0057】
また、レーザダイオード駆動装置35にはレーザダイオード1が設けられており、このレーザダイオード1が出力するレーザ光は光検出器2により受光される。該光検出器2が出力する光モニタ電流は可変抵抗器22により電流−電圧変換され、変換で得られたモニタ電圧VMに応じたモニタ信号がバッファ手段11Aを介して誤差増幅器12の反転入力端子に入力される。
【0058】
誤差増幅器12では、選択された基準電圧とモニタ電圧VMとで誤差増幅が行われ、誤差増幅後の信号(以下、誤差増幅信号と称する)はサンプルホールド回路13A、13Bに入力される。サンプルホールド回路13Aは、一端が誤差増幅器12の出力端に接続されたスイッチ手段14Aと、該スイッチ手段14Aの他端に接続され且つ接地されたコンデンサ15Aとにより構成されており、スイッチ手段14Aが閉じた場合、誤差増幅器12からの誤差増幅信号がバッファ手段16Aを介して駆動電流出力回路17Aに入力される。
【0059】
また、サンプルホールド回路13Bはサンプルホールド回路13Aと同様に構成され、サンプルホールド回路13B内のスイッチ手段14Bが閉じている場合に、誤差増幅器12からの誤差増幅信号がバッファ手段16Bを介して駆動電流出力回路17Bに入力される。
【0060】
駆動電流出力回路17Aで発生する駆動電流I1及び駆動電流出力回路17Bで発生する駆動電流I2の各々は、異なる自動光量制御期間において、上記モニタ電圧VMが基準電圧VRに一致するよう調整することで任意のレーザ光量に設定される。一方、変調期間においては、駆動電流I1は信号入力端子3A、3B、3C、3Dから入力される強度変調データ信号に応じて16段階に強度変調され、他方の駆動電流I2と電流加算されて、加算後の駆動電流Iによってレーザダイオード1が発光駆動される。
【0061】
ここで、駆動電流出力回路17Aの構成(図4)及び信号入力回路19の構成(図5)を説明する。なお、図5において、入力信号IN1、IN2、IN3、IN4が図1、図4の入力端子3A、3B、3C、3Dから信号入力回路19へ入力される信号にそれぞれ対応し、入力信号PWMが入力端子4から信号入力回路19へ入力されるパルス幅変調信号に対応する。また、正転信号OUT1、OUT2、OUT3、OUT4は、図1、図4の差動スイッチ信号群20Aに対応し、反転信号OUT1’、OUT2’、OUT3’、OUT4’は、図1、図4の差動スイッチ信号群20Bに対応する。
【0062】
図5に示す信号入力回路19では、入力された強度変調信号IN1がインバータ19A、19Bを介して論理積回路19Cに入力される。また、入力されたパルス幅変調信号PWMもインバータ19J、19Kを介して論理積回路19Cに入力される。論理積回路19Cによる強度変調信号IN1とパルス幅変調信号PWMとの論理積結果を表す信号は、論理積回路19Cの出力端で反転した後、インバータ19D、19E、19Fを介して正転信号OUT1として出力される。また、上記論理積結果を表す信号は、論理積回路19Cの出力端で反転した後、インバータ19D、19G、19H、19Iを介して反転信号OUT1’として出力される。
【0063】
なお、他の強度変調信号IN2、IN3、IN4についても同様に、パルス幅変調信号PWMとの論理積が取られ、論理積結果に対応した正転信号、反転信号が出力される。また、出力される正転信号、反転信号は互いに反転している。
図4に示す駆動電流出力回路17Aには、一対のMOS型トランジスタで構成されたトランジスタ対41A、41B、41C、41Dが設けられており、各トランジスタ対の図4において左側のトランジスタのドレインはレーザダイオード1に接続され、右側のトランジスタのドレインは電源VDDに接続されている。
【0064】
左側のトランジスタのゲートには差動スイッチ信号群20Aの各信号が一対一対応でそれぞれ入力され、右側のトランジスタのゲートには差動スイッチ信号群20Bの各信号が一対一対応でそれぞれ入力される。
【0065】
トランジスタ対41Aの各トランジスタのソースは、電流源トランジスタ40A、抵抗器Rを介して接地されている。トランジスタ対41B、41C、41Dも同様に、電流源トランジスタ40B、40C、40Dにそれぞれ接続されている。
【0066】
これら電流源トランジスタ40A、40B、40C、40Dのトランジスタ比=(ゲート幅/ゲート長)は、8:4:2:1の比率となるように構成されており、各電流源トランジスタ毎にオン/オフ制御することにより、全ての電流源トランジスタをオフする場合(電流が流れない場合)を含めて電流値を16段階で切り替えられるよう構成されている。
【0067】
例えば、差動スイッチ信号群20AにおいてOUT1、OUT4のみがオンの場合(このとき差動スイッチ信号群20BではOUT2’、OUT3’のみがオンとなる)、トランジスタ対41A、41Dでは図4において左側のトランジスタがオンとなり、トランジスタ対41B、41Cでは図4において右側のトランジスタがオンとなる。このときレーザダイオード1には、電流源トランジスタ40A、40Dにより設定される電流と駆動電流出力回路17Bにより設定されるバイアス電流との合成電流が供給される。即ち、16段階のうち9(=8+1)段階目の電流とバイアス電流との合成電流によりレーザダイオード1が駆動される。
【0068】
駆動電流制御電圧42は、図1のサンプルホールド回路13Aの出力電圧VC1に相当し、該駆動電流制御電圧42で制御され電流源トランジスタ40A、40B、40C、40Dにより設定される電流は、差動スイッチ信号20A、20Bで16段階に変調され、変調後の電流は駆動電流出力回路17Bにより設定されるバイアス電流と電流加算され、加算後の電流によってレーザダイオード1を駆動する。
【0069】
レーザダイオード駆動装置35では、レーザダイオード1の最大光量を設定する第1の自動光量制御動作と、レーザダイオード1のしきい電流に相当するバイアス電流を設定する第2の自動光量制御動作とを交互に行い、2つのフィードバックループを1つの誤差増幅器12を用いて電圧制御することで、レーザダイオード1の出力光が目標光量に設定される。図1の回路では、レーザダイオード1のしきい電流に応じて固定的に供給されるバイアス電流と、入力信号に応じて変調される変調電流の2種類の電流をそれぞれ自動調整するために、スイッチ手段を用いて2つのフィードバックループを選択制御している。駆動電流出力回路17Aは、所望する最大光量に対応する電流を外部信号入力により強度変調した変調電流を出力する。また、駆動電流出力回路17Bは、レーザダイオード1のしきい電流から定められるバイアス電流をレーザダイオード1に定常的に供給する働きを持つ。このバイアス電流はレーザダイオードの点灯速度を速くする働きがある。
【0070】
また、詳細は後述するが、レーザダイオード駆動装置35の誤差増幅器12は、図3に示すCMOS演算増幅器の基本回路により構成されており、図1に示すように、この誤差増幅器12には位相補償手段23が接続されている。この位相補償手段23は、位相補償回路として、抵抗24、スイッチ手段25Aのオン抵抗及びコンデンサ26Aから成る回路と、抵抗24、スイッチ手段25Bのオン抵抗及びコンデンサ26Bから成る回路とを含んでおり、スイッチ手段25A、25Bの開閉により切り換えられる。なお、位相補償回路としては、上記のように抵抗及びコンデンサから成るCR回路に代わり、コンデンサ単体を採用しても良い。
【0071】
なお、図1において、基準電圧発生回路9A、及び9Bは可変抵抗器10A、10Bにより電源電圧を分圧し、所望する複数の基準電圧VRを得ているが、この基準電圧発生回路9A、9Bをディジタルアナログ変換回路(DAコンバータ)で構成し、発生する基準電圧値をCPU等で自動的に制御できるよう構成してもよい。
【0072】
また、図5に示す信号入力回路19と同様の回路を駆動電流出力回路17Bにも設け、駆動電流出力回路17Bが出力する駆動電流を段階的に変調してもよい。
【0073】
次に、第1の自動光量制御動作、第2の自動光量制御動作及び変調動作の各動作モードについて説明する。なお、スイッチ手段14A、14B、30A、30B、25A、25Bの開閉動作は、図示しない制御装置が出力するスイッチ信号により制御される。
【0074】
最初に、第1の自動光量制御動作について説明する。図1において、レーザダイオード1の最大光量を設定する第1の自動光量制御動作は、スイッチ手段14Aを閉じ、スイッチ手段14Bを開くことにより実行される。この時、光検出器2が出力する光モニタ電流を可変抵抗器22により電流−電圧変換し、該変換で得られたモニタ電圧VMをバッファ手段11Aを介して誤差増幅器12の反転入力端子に入力すると共に、基準電圧発生回路9Aを構成する可変抵抗器10Aにより発生した基準電圧VR1を、スイッチ手段30A及びバッファ手段11Bを介して誤差増幅器12の非反転入力端子に入力する。両端の電圧の比較により誤差増幅器12が出力する誤差電圧VC1は、スイッチ手段14A及びバッファ手段16Aを介して駆動電流出力回路17Aに入力され、該駆動電流出力回路17Aにより電流に変換される。この変換後の電流は、駆動電流出力回路17Bが出力するバイアス電流に重畳され、重畳された合成電流でレーザダイオード1が駆動される。そして、レーザダイオード1の出力光が所望する最大光量で安定になった時に、サンプルホールド回路13Aを構成するスイッチ手段14Aを開き、最大光量に相当する駆動電流を設定するための変調電流制御電圧VC1をコンデンサ15Aに保持する。この場合、駆動電流出力回路17Bが出力するバイアス電流は次に述べる第2の自動光量制御動作によりサンプルホールド回路13Bにバイアス電流制御電圧が既に保持されており、そのバイアス電流制御電圧により電流値が設定される。
【0075】
次に、レーザダイオード1のしきい電流に相当するバイアス電流を設定する第2の自動光量制御動作について説明する。第2の自動光量制御動作は、スイッチ手段14Bを閉じ、スイッチ手段14Aを開くことにより実行される。この時、光検出器2が出力する光モニタ電流を可変抵抗器22により電流−電圧変換し、該変換で得られたモニタ電圧をバッファ手段11Aを介して誤差増幅器12の反転入力端子に入力すると共に、基準電圧発生回路9Bを構成する可変抵抗器10Bにより発生した基準電圧VR2を、スイッチ手段30B及びバッファ手段11Bを介して誤差増幅器12の非反転入力端子に入力する。両端の電圧の比較により誤差増幅器12が出力する誤差電圧VC2は、スイッチ手段14B及びバッファ手段16Bを介して駆動電流出力回路17Bに入力され、該駆動電流出力回路17Bにより電流に変換される。この変換後の電流は、駆動電流出力回路17Aが出力する変調電流に重畳され、重畳された合成電流でレーザダイオード1が駆動される。そして、レーザダイオード1の出力光が所望する光量で安定になった時に、サンプルホールド回路13Bを構成するスイッチ手段14Bを開き、所望の光量に相当する駆動電流を設定するための変調電流制御電圧VC2をコンデンサ15Bに保持する。
【0076】
この場合、駆動電流出力回路17Aが出力する変調電流は、信号入力端子3A、3B、3C、3Dにより入力されるディジタル信号値Dinを1以上14以下の整数に設定し、基準電圧発生回路9により発生する基準電圧VR2を以下のようにしてディジタル信号値Dinに応じて設定する。
【0077】
例えば、Dinを10に設定した場合、基準電圧発生回路9Bが発生する電圧VR2は、最大光量を規定する基準電圧発生回路9Aが最大値Din(max)において発生する基準電圧VR1を基準として、以下の式(1)のように設定される。
【0078】
VR2=VR1×10/Din(max) ・・・(1)
上記のような第1の自動光量制御動作と第2の自動光量制御動作を繰り返し行うことにより、サンプルホールド回路13Bが保持するバイアス電流制御電圧VC2で制御されるバイアス電流は、レーザダイオード1のしきい電流に徐々に近似される。一方、サンプルホールド回路13Aが保持する変調電流制御電圧VC1で制御される変調電流は、最大光量に相当する電流に近似される。
【0079】
例えば、初期状態として駆動電流出力回路17Aの出力電流I1=0、駆動電流出力回路17Bの出力電流I2=0の状態で、自動光量制御動作を繰り返した場合について説明する。ここで、目標の最大変調電流をIs、目標のバイアス電流をIb、第2の自動光量制御での信号入力端子3A、3B、3C、3Dからのディジタル入力信号Din=5とする。1度目の第1の自動光量制御動作では、バイアス電流I2=0であるので、変調電流I1-1 は以下の式(2)のように設定される。
【0080】
I1-1 =(Is+Ib) ・・・(2)
第2の自動光量制御では、バイアス電流I2-1 は、目標駆動電流(Ib+Is/3)から、ディジタル信号入力Din=5により設定される変調電流5/15・I1-1 を差し引いて、以下の式(3)のように設定される。
【0081】

Figure 0003757622
次に、2度目の自動光量制御において、変調電流I1-2 は、変調電流I1-1 からバイアス電流I2-1 を差し引いて、以下の式(4)のように設定される。
【0082】
Figure 0003757622
また、バイアス電流I2-2 は、目標駆動電流から、ディジタル信号入力Din=5により設定される変調電流5/15・I1-2 を差し引いて、以下の式(5)のように設定される。
【0083】
Figure 0003757622
以降、同様にして自動光量制御動作を繰り返すことにより、変調電流I1,nは目標とする変調電流Isに、バイアス電流I2,nは目標とするバイアス電流Ibに、それぞれ近づいていく。
【0084】
次に、変調動作期間について説明する。変調動作期間では、スイッチ手段14Aを開くことにより、コンデンサ15Aに蓄積された駆動電流制御電圧VC1により変調電流が発生し、該変調電流の電流値は信号入力端子3A、3B、3C、3Dより入力されるデジタル信号値Dinにより16段階に変調される。また、スイッチ手段14Bを開くことにより、コンデンサ15Bに蓄積されたバイアス電流制御電圧VC2によりバイアス電流が発生する。このバイアス電流と前記変調後の変調電流とが重畳され、重畳された電流によりレーザダイオード1が発光駆動される。
【0085】
さて、ここで、誤差増幅器12及び位相補償手段23の動作を説明する。図3には、誤差増幅器12を構成するCMOS演算増幅器の回路構成が示されている。この図3において、IN−は反転入力端子、IN+は非反転入力端子を示し、V0は電源に接続された定電流源トランジスタの電流値を決めるバイアス電圧である。位相補償手段23はこの回路構成の場合、出力電圧OUTと内部制御電圧N0の間に接続される。図1と対比すると、出力電圧OUTは端子8Aから取り出され、内部制御電圧N0は端子8Eから取り出される。
【0086】
図3の誤差増幅器12において、非反転入力端子IN+からPMOS12Aに入力された基準電圧VRと、図1のフィードバックループRPを経由して反転入力端子IN−よりPMOS12Bに入力された出力電圧OUTとが比較され、ここで例えば出力電圧OUTが基準電圧VRよりも大きければ、内部制御電圧N0は内部電圧N1よりも大きくなり、NMOS12Cにより出力電圧OUTが下げられる。このようにして出力電圧OUTが基準電圧VRに等しくなるように制御される。
【0087】
次に、位相補償について説明する。
【0088】
一般的に演算増幅器の発振条件は以下の2つである。
【0089】
(1) フィードバック内の利得が1以上であること。
【0090】
(2) フィードバック内を1回りした時の位相のずれが360°以上であること。
【0091】
本実施形態のレーザダイオード駆動装置35では、負帰還(負のフィードバック)をかけており、この構成だけで180°の遅れが発生するため、演算増幅器の発振を回避するための余裕分は180°となる。
【0092】
図3の誤差増幅器12は、差動増幅器12Sと出力段12Tの2段で構成されているので、1段目の遅れに2段目の遅れが重畳される。これをボード線図上に表すと図6(A)、(B)のようになる。このうち図6(A)では、特性A1が1段目のゲインの周波数特性を、特性A2が2段目のゲインの周波数特性を、それぞれ示しており、演算増幅器全体のゲインの周波数特性は太い破線のような周波数特性となる。また、演算増幅器全体の位相の周波数特性は図6(B)の太い破線のような周波数特性となる。なお、周波数f1は1段目のポールの位置を、周波数f2は2段目のポールの位置を、それぞれ示している。
【0093】
特性A1、A2においてゲインはポール以降、(−20db/dec)の傾きで低下するので、周波数f2以上では、演算増幅器全体のゲインは図6(A)の太い破線の特性より明らかなように数十dbとなり、演算増幅器全体の位相遅れも図6(B)の太い破線の特性より明らかなように135°以上なので、演算増幅器が発振する。
【0094】
ここで、本実施形態では、位相遅れを改善するために容量の大きなコンデンサ26A、26Bにより位相を大きく進ませている。これにより、1段目のポールの位置を低周波側f1’にずらすことにより、演算増幅器全体のゲインは図6(A)の太い実線のような周波数特性となり、周波数f2(2段目のポールの位置)でゲインを0dbにすることができ、発振を回避することができる。
【0095】
具体的に図1のレーザダイオード駆動装置35において、第1の自動光量制御動作では、スイッチ手段25Aを閉じ、スイッチ手段25Bを開くことにより、抵抗24、スイッチ手段25Aのオン抵抗及びコンデンサ26Aによって上述した位相補償を行う。そして、第1の自動光量制御動作が終了した時、サンプルホールド回路13Aを構成するスイッチ手段14Aを開くのと同じタイミングでスイッチ手段25Aを開くことにより、第1の自動光量制御動作で位相補償を行っていた時の誤差増幅器12の内部電圧がコンデンサ26Aに保持される。
【0096】
次に第2の自動光量制御動作では、スイッチ手段25Aを開き、スイッチ手段25Bを閉じることにより、抵抗24、スイッチ手段25Bのオン抵抗及びコンデンサ26Bによって上述した位相補償を行う。そして、第2の自動光量制御動作が終了した時、サンプルホールド回路13Bを構成するスイッチ手段14Bを開くのと同じタイミングでスイッチ手段25Bを開くことにより、第2の自動光量制御動作で位相補償を行っていた時の誤差増幅器12の内部電圧がコンデンサ26Bに保持される。
【0097】
その後、再度第1の自動光量制御動作の実行時になると、スイッチ手段25Aが再度閉じられるが、このときコンデンサ26Aには、前回の第1の自動光量制御動作時の内部電圧が既に保持されているので、コンデンサ26Aに改めて位相補償容量と誤差増幅器12の内部電圧に応じた電荷のチャージ等を行う必要が無く、第1の自動光量制御動作に要する時間を短縮することができる。また、誤差増幅器12の出力電圧の変動を小さくすることができ、安定的な第1の自動光量制御動作への移行を図ることができる。
【0098】
また、その後、第2の自動光量制御動作に移行したときも、上記と同様に、コンデンサ26Bには、前回の第2の自動光量制御動作時の内部電圧が既に保持されているので、コンデンサ26Bに改めて位相補償容量と誤差増幅器12の内部電圧に応じた電荷のチャージ等を行う必要が無く、第2の自動光量制御動作に要する時間を短縮できると共に、誤差増幅器12の出力電圧の変動を小さくして安定的な第2の自動光量制御動作への移行を図ることができる。
【0099】
なお、上記実施形態では、誤差増幅器12が図3のようにCMOS演算増幅器の基本回路により構成され、位相補償手段23が誤差増幅器12の出力段の入力N0と出力OUTとの間に設けられた例を説明したが、本発明は、上記以外の構成の誤差増幅器にも適用可能であり、位相補償手段の設置場所も限定されるものではない。
【0100】
例えば、図7に示すように、ゲインの重畳により誤差増幅器全体のゲインを増加させるべく、差動増幅器90A、シフト段90B及び出力段90Cの3段で構成され、位相補償手段23がシフト段90Bの出力S0と出力段90Cの入力N0との間に設けられた誤差増幅器90に対しても、本発明は適用可能である。
【0101】
[第2実施形態]
次に、第2実施形態として、第1実施形態のレーザダイオード駆動装置35(図1)を更に安定化するために、変調動作期間において、誤差増幅器12の入出力電圧を一定にするための回路を付与したレーザダイオード駆動装置を説明する。
【0102】
図2に示すように、本実施形態に係るレーザダイオード駆動装置35Sでは、バッファ手段16Aの出力側がスイッチ手段21Dを介して、バッファ手段16Bの出力側がスイッチ手段21Eを介して、それぞれ誤差増幅器12の非反転入力端子に接続されており、誤差増幅器12の出力側がスイッチ手段21Cを介して該誤差増幅器12の反転入力端子に接続されている。
【0103】
また、位相補償手段23には、位相補償回路として、抵抗24、スイッチ手段25Cのオン抵抗及びコンデンサ26Cから成る回路と、抵抗24、スイッチ手段25Dのオン抵抗及びコンデンサ26Dから成る回路とが追加されている。
【0104】
なお、レーザダイオード駆動装置35Sでは、第1の自動光量制御動作、変調動作、第2の自動光量制御動作、変調動作が順に繰り返し実行される。ここで、便宜上、第1の自動光量制御動作の直後の変調動作を第1の変調動作と、第2の自動光量制御動作の直後の変調動作を第2の変調動作と、それぞれ称する。
【0105】
このようなレーザダイオード駆動装置35Sにおいて、第1の自動光量制御動作時には、スイッチ手段14A、スイッチ手段21A、21B、及びスイッチ手段25Aが閉じ、スイッチ手段14B、スイッチ手段21C、21D、21E、及びスイッチ手段25B、25C、25Dが開く。第1の自動光量制御におけるフィードバックループの動作は図1の場合と同じである。また、位相補償手段23による誤差増幅器12の位相補償は、スイッチ手段25Aを介してコンデンサ26Aを用いて行われる。
【0106】
そして、レーザダイオード1の出力パワーが目標とする最大光量で安定になり、第1の自動光量制御動作から第1の変調動作へ切り替わると、まず、スイッチ手段14A、25Aを開く。その後、スイッチ手段21A、21Bを開くと共に、スイッチ手段21C、21E、25Cを閉じる。第1の変調動作では、サンプルホールド回路13A、13Bに充電された変調電流制御電圧、バイアス電流制御電圧を用いてレーザダイオード1を発光駆動する。誤差増幅器12はボルテージ・フォロワ構成となり、スイッチ手段21Eを介して該誤差増幅器12に入力されるバイアス電流制御電圧が該誤差増幅器12から出力される状態に設定される。また、誤差増幅器12の位相補償は、スイッチ手段25Cを介してコンデンサ26Cを用いて行われる。
【0107】
上記で、スイッチ手段14A、25Aをその他のスイッチ手段に先んじて開くことにより、他のスイッチ手段の開閉により生じる制御電圧の変動、及びフィードバックループの切断による誤差増幅器12の内部電圧の変動によるコンデンサ15A、26Aの保持電圧の変動を低減することができる。
【0108】
そして、第1の変調動作から第2の自動光量制御動作へ切り替わった時、スイッチ手段14B、21A、21B、25Bを閉じ、スイッチ手段14A、21C、21E、25Cを開く。第2の自動光量制御におけるフィードバックループの動作は図1(第1実施形態)の場合と同じである。また、位相補償手段23による誤差増幅器12の位相補償は、スイッチ手段25Bを介してコンデンサ26Bを用いて行われる。
【0109】
さらに、レーザダイオード1の出力パワーが目標とする光量で安定になり、第2の自動光量制御動作から第2の変調動作へ切り替わると、まず、スイッチ手段14B、25Bを開く。その後、スイッチ手段21A、21Bを開くと共に、スイッチ手段21C、21D、25Dを閉じる。第2の変調動作でも、駆動電流を変調出力する動作に関しては第1の変調動作と同様である。誤差増幅器12はボルテージ・フォロワ構成となり、スイッチ手段21Dを介して該誤差増幅器12に入力される変調電流制御電圧が該誤差増幅器12から出力される状態に設定される。また、誤差増幅器12の位相補償は、スイッチ手段25Dを介してコンデンサ26Dを用いて行われる。
【0110】
上記で、スイッチ手段14B、25Bをその他のスイッチ手段に先んじて開くことにより、他のスイッチ手段の開閉により生じる制御電圧の変動、及びフィードバックループの切断による誤差増幅器12の内部電圧の変動によるコンデンサ15B、26Bの保持電圧の変動を低減することができる。
【0111】
以上のシーケンスにより、位相補償手段23のコンデンサについて、第1及び第2の自動光量制御動作期間、もしくは第1及び第2の変調期間でスイッチ手段25A、25B、25C、25Dにより個別に接続を切り替えることにより、各動作の切り替わり時において位相補償手段23のコンデンサを再充電する必要がなくなる。これにより、自動光量制御動作に要する時間を大幅に短縮することができる。
【0112】
その上、第1の変調動作時に、スイッチ手段21Eを介して誤差増幅器12に入力されるバイアス電流制御電圧が該誤差増幅器12から出力される状態に設定されているので、第1の変調動作から第2の自動光量制御動作に移行したときに、誤差増幅器12の出力電圧が連続的な電圧値で推移することとなる。また、第2の変調動作時に、スイッチ手段21Dを介して誤差増幅器12に入力される変調電流制御電圧が該誤差増幅器12から出力される状態に設定されているので、第2の変調動作から第1の自動光量制御動作に移行したときに、誤差増幅器12の出力電圧が連続的な電圧値で推移することとなる。
【0113】
これにより、変調動作から自動光量制御動作に移行した場合について、誤差増幅器12の出力電圧の変動を低減し、自動光量制御動作に要する時間をさらに短縮することができる。
【0114】
ところで、上記第1、第2実施形態で説明した図1及び図2に示す回路は、1つの誤差増幅器を共用してバイアス電流と変調電流とを自動的に調整する回路の一例であり、この他にも1つの誤差増幅器を共用してバイアス電流と変調電流とを自動的に調整する回路が知られている。本発明は、このように1つの誤差増幅器を共用して複数の電流値(例えば、バイアス電流値と変調電流値)を順番に自動的に調整する回路に対して適用可能であり、上記と同様の効果を得ることができる。
【0115】
また、図1及び図2において、鎖線27で囲った回路が集積化の対象となる回路に相当する。但し、位相補償手段23は、誤差増幅器12に内蔵しても良いし、誤差増幅器12に外部接続して構成しても良い。ここでは、外部接続による外付け部品の増加やアッセンブリを考慮した場合、位相補償手段23の抵抗、スイッチ手段、コンデンサを全て内蔵した方が好ましい。ところが、コンデンサは通常ポリシリコンもしくは金属配線で酸化膜を挟み込むことにより作成されるので、上記のようにコンデンサを内蔵した場合、単位面積当たりの保持容量が小さくなり、トランジスタなどの他の機能素子に比較して集積化率を著しく低下させることがある。このためコンデンサで保持するべき電気容量が大きい場合には、コンデンサを外付けにした方が好ましいケースもある。
【0116】
図1には、位相補償手段23の抵抗、スイッチ手段、コンデンサを全て外付けとした場合の例を示しており、図2には、コンデンサのみを外付けとして抵抗及びスイッチ手段を内蔵させた場合の例を示している。コンデンサについては、受光器の負荷抵抗の大きさ及びフィードバックループ内の系の違いに応じてフィードバックループの周波数特性が変化するので、要求される機器の仕様に応じて、容量値を調整する必要がある。図2のようにコンデンサのみを外付けとしスイッチ手段を内蔵させれば、該コンデンサの容量値の切替えを行うスイッチ手段をスイッチング制御する制御回路も誤差増幅器12に内蔵させることができ、実装する際の部品点数を削減できる、という利点が有る。
【0117】
[第3実施形態]
以下、図面を参照して、第3実施形態を説明する。図8には、単一のフィードバックループを用いてレーザダイオード101の光量を単一の目標レベルに調整するレーザダイオード駆動装置100の構成が示されている。
【0118】
このレーザダイオード駆動装置100には、基準電圧発生回路108が設けられており、この基準電圧発生回路108は可変抵抗器109により電源電圧を分圧し所望の基準電圧VRを得ている。この基準電圧VRに応じた基準信号はバッファ手段110B、スイッチ手段120Bを介して誤差増幅器111の非反転入力端子に入力される。
【0119】
また、レーザダイオード駆動装置100にはレーザダイオード101が設けられており、このレーザダイオード101が出力するレーザ光は光検出器102により受光される。該光検出器102が出力する光モニタ電流は可変抵抗器119により電流−電圧変換され、変換で得られたモニタ電圧VMに応じたモニタ信号が、サンプルホールド回路105、バッファ手段110A、スイッチ手段120Aを介して誤差増幅器111の反転入力端子に入力される。上記サンプルホールド回路105は、一端が可変抵抗器119の出力端に接続されたスイッチ手段106と、該スイッチ手段106の他端に接続され且つ接地されたコンデンサ107とにより構成されている。
【0120】
誤差増幅器111では、基準電圧VRとモニタ電圧VMとで誤差増幅が行われ、誤差増幅後の信号(誤差増幅信号)はサンプルホールド回路112に入力される。サンプルホールド回路112は、一端が誤差増幅器111の出力端に接続されたスイッチ手段113と、該スイッチ手段113の他端に接続され且つ接地されたコンデンサ114とにより構成されている。
【0121】
スイッチ手段113が閉じている場合、誤差増幅器111からの誤差増幅信号はバッファ手段115の非反転入力端子に入力される。このバッファ手段115の出力側は、該バッファ手段115の反転入力端子に接続されていると共に、スイッチ手段120Dを介して誤差増幅器111の非反転入力端子に接続されている。また、バッファ手段115の出力側は駆動電流出力回路117の入力端に接続されている。なお、誤差増幅器111の出力側は、スイッチ手段120Cを介して該誤差増幅器111の反転入力端子に接続されている。
【0122】
駆動電流出力回路117の構成は、第1実施形態の駆動電流出力回路17Aの構成(図4)と同様であり、信号入力回路116の構成は、第1実施形態の信号入力回路19の構成(図5)と同様であるので、説明を省略する。
【0123】
駆動電流出力回路117で発生する駆動電流は、自動光量制御期間において、上記モニタ電圧VMが基準電圧VRに一致するよう調整することで任意のレーザ光量に相当するよう設定される。一方、変調期間においては、駆動電流は信号入力端子103A、103B、103C、103Dから入力される強度変調データ信号に応じて16段階に強度変調され、バイアス電流出力回路118により供給されるバイアス電流と電流加算されて、加算後の駆動電流によってレーザダイオード1が発光駆動される。
【0124】
次に、スイッチ手段の切替えにより選択される各動作モードについてそれぞれ説明する。なお、スイッチ手段120A、120B、120C、120D、106、113の開閉動作は、図示しない制御装置が出力するスイッチ信号により制御される。
【0125】
最初に、自動光量制御動作について説明する。
【0126】
自動光量制御動作は、スイッチ手段120A、120B、106、113を閉じ、スイッチ手段120C、120Dを開くことにより選択される。光検出器102はレーザダイオード101が出力する光出力を受光して、それに準じた光電流を出力する。この光電流を可変抵抗器119により電流−電圧変換し、そのモニタ電圧VMは、スイッチ手段106、バッファ手段110A、スイッチ手段120Aを介して誤差増幅器111の反転入力端子に入力される。一方、基準電圧発生回路108で発生した基準電圧VRは、バッファ手段110B、スイッチ手段120Bを介して誤差増幅器111の非反転入力端子に入力される。
【0127】
誤差増幅器111は、モニタ電圧VMと基準電圧VRとを比較し、その差に応じた電圧VSを出力し、スイッチ手段113を介して、コンデンサ114を充電する。コンデンサ114に充電される電圧VCはバッファ手段115を介して、レーザ駆動電流出力回路117に入力され、以下のようにして電流源を流れる電流を制御する。
【0128】
例えば、バッファ手段115の出力電圧VC’は、図4に示されるレーザ駆動電流出力回路の端子42に入力され、信号入力回路19により、スイッチ信号群20Aをすべて「H」、スイッチ信号群20Bをすべて「L」にすることで、差動スイッチ手段41A、41B、41C、41Dを介して、電流源40A、40B、40C、40Dを流れる電流がすべてレーザダイオード101(図8)を流れるように制御する。
【0129】
実際にレーザダイオード101には、駆動電流出力回路117が出力する電流とバイアス電流出力回路118が出力する電流とを重畳した電流が流れ、該重畳した電流によりレーザダイオード101が駆動され発光する。この出力光は光検出器102により受光され、負帰還することにより、レーザダイオード101の光量が、目標とする光量に調整される。なお、目標とする光量は、基準電圧発生回路108が発生する基準電圧VRを調整するか、もしくは電流−電圧変換回路を構成する可変抵抗器119の抵抗値を調整することにより、調整可能とされている。レーザダイオード101を流れる駆動電流が安定になったところで、スイッチ113が開放され、その時の駆動電流制御電圧VCがコンデンサ114に保持される。
【0130】
自動光量制御動作から変調動作に移行する場合には、スイッチ手段120A、120B、120C、120Dが切断することにより生じる誤差増幅器111の出力電圧変動の影響を防ぐべく、スイッチ手段113をスイッチ手段120A、120B、120C、120Dよりも先に開放することで、駆動電流制御電圧VCをコンデンサ114に保持することが望ましい。
【0131】
また、スイッチ手段113と同時にサンプルホールド回路105のスイッチ手段106が開放され、自動光量制御動作終了時に光検出器102が出力していたモニタ電圧VMがコンデンサ107に保持される。スイッチ手段113と同時にサンプルホールド回路105のスイッチ手段106を開放することで、モニタ電圧VMの変動を防ぐことができる。
【0132】
次に、変調動作について説明する。変調動作は、コンデンサ114に保持された駆動電流制御電圧VCを用いて以下のように行われる。この制御電圧VCはバッファ手段115を介して駆動電流出力回路117に入力され、強度変調信号103A、103B、103C、103D、およびパルス幅変調信号104の外部制御信号により、16段階の変調電流に変換され、前記バイアス電流と加算されて、レーザダイオード101に流れる駆動電流を自在に変調する。
【0133】
この変調動作を行う期間において、スイッチ手段120A、120B、106、113がそれぞれ開き、スイッチ手段120Cとスイッチ手段120Dがそれぞれ閉じる。そのため誤差増幅器111は、バッファ手段115が出力する制御電圧VC’を入力とするボルテージ・フォロワ回路として動作する。即ち、バッファ手段115が出力する制御電圧VCがスイッチ手段120Dを介して誤差増幅器111に入力され、スイッチ手段120Cを閉じたことで、制御電圧VCが誤差増幅器111から出力される状態に設定される。また、サンプルホールド回路105のコンデンサ107には、目標とするモニタ電圧VMに略一致する電圧が保持される。
【0134】
そして、変調動作から自動光量制御動作に移行したとき、コンデンサ107には、目標とするモニタ電圧VMに略一致する電圧が保持されているため、例えば自動光量制御動作に入る直前にレーザダイオード101が消灯もしくは低光量で発光していて、光検出器102から出力される光電流が少ない場合においても、誤差増幅器111に入力されるモニタ電圧は目標とするモニタ電圧VMに略一致する電圧となり、目標とするモニタ電圧VMとの電圧差が非常に少ないので、モニタ電圧の立ち上がりの遅れを小さくすることができる。また、コンデンサ107に蓄積されたモニタ電圧VM1がスイッチ手段105Aを介して光検出器102と可変抵抗器119の接続端の電圧をチャージするので、長い収束時間を必要とする光モニタ電流−モニタ電圧変換部の収束を早める効果がある。
【0135】
図11(A)〜(C)はレーザダイオード駆動装置100の動作を説明するための波形図である。図11(A)〜(C)において期間P2、P4は自動光量制御動作期間を示し、期間P1、P3は変調動作期間を示している。
【0136】
自動光量制御動作期間P2から変調動作期間P3に移行する際、図11(A)のモニタ電圧波形に示されるように、自動光量制御により安定化した光検出器102のモニタ信号がサンプルホールド回路105により保持され、変調動作期間P3でも引続き出力される。これにより、変調動作期間P3から自動光量制御動作期間P4に移行する場合において、コンデンサ107の保持電圧VMがスイッチ手段106を介して、光検出器102と可変抵抗器119の接続端の電圧を保持電圧VMでチャージし、かつ、誤差増幅器111に入力されるモニタ電圧が目標とするモニタ電圧VMに略一致するので、モニタ電圧の立ち上がりの遅れを防止できる。
【0137】
また、サンプルホールド回路112が保持した制御電圧VCを入力としボルテージ・フォロワ構成となった誤差増幅器111の出力(図11(B))は、自動光量制御動作期間P2から変調動作期間P3にかけて制御電圧VCのまま維持される。
【0138】
従って、変調動作期間P3から自動光量制御動作期間P4に移行する際の誤差増幅器111の入出力端子電圧の変動量が少なくなるので、レーザ光量が目標光量に高速に整定されることとなり、かつモニタ電圧の立ち上がりの遅れによるレーザ駆動電流のオーバーシュートを大幅に低減することができる。
【0139】
また、図11に示す変調動作期間P1から自動光量制御動作期間P2への移行は、図11(C)より明らかなように、レーザダイオード101を自動光量制御期間P2の直前に最大光量で発光させた場合であるが、サンプルホールド回路105により前回の自動光量制御動作時のモニタ電圧VMが変調動作時においても保持されているので、レーザダイオード101の出力光量の大小にかかわらず、誤差増幅器111の出力電圧の変動を低減することができる。
【0140】
[第4実施形態]
次に、第4実施形態として、レーザダイオードを駆動するための駆動電流出力回路が複数設けられたレーザダイオード駆動装置を説明する。なお、上記レーザダイオード駆動装置としては、光ディスク駆動装置のように、再生光量と書き込み光量の異なる2種類のレーザダイオード出力光を必要とし、各駆動電流出力回路が異なる光出力を出力するレーザダイオード駆動装置等が挙げられる。
【0141】
図9に示すレーザダイオード駆動装置100Sは、前述した図8のレーザダイオード駆動装置100と同様な構成であるが、このレーザダイオード駆動装置100Sには、2つの駆動電流出力回路117、117Sが設けられており、このうち駆動電流出力回路117で発生する駆動電流I1を設定するために、基準電圧発生回路108A、サンプルホールド回路112A、105Aが設けられ、駆動電流出力回路117Sで発生する駆動電流I2を設定するために、基準電圧発生回路108B、サンプルホールド回路112B、105Bが設けられている。
【0142】
即ち、レーザダイオード駆動装置100Sでは、駆動電流出力回路117で発生する駆動電流I1を設定する第1の自動光量制御動作と、駆動電流出力回路117Sで発生する駆動電流I2を設定する第2の自動光量制御動作とが行われる。
【0143】
第1の自動光量設定動作では、スイッチ手段120A、120B、106A、113A、122A、123Aを閉じ、それ以外のスイッチ手段を開くことにより、モニタ電圧VMと基準電圧発生回路108Aが発生する基準電圧VR1とが誤差増幅器111により比較され、可変抵抗器119の抵抗値と上記基準電圧VR1とで規定されるレーザ光量が負帰還フィードバック制御により設定される。
【0144】
この時、誤差増幅器111の出力電圧がサンプルホールド回路112Aのコンデンサ114Aに充電されると共に、光検出器102に係るモニタ出力電圧がサンプルホールド回路105Aのコンデンサ107Aに充電される。
【0145】
そして、レーザダイオード101の光量が第1の目標光量で安定した時に、スイッチ手段106A、113Aをそれぞれ開き、第1の目標光量に対応する光検出器102のモニタ電圧VM1をサンプルホールド回路105Aに保持し、第1の目標光量に対応するレーザ光量が得られる制御電圧VC1をサンプルホールド回路112Aに保持する。
【0146】
第2の自動光量制御動作でも上記同様に、スイッチ手段120A、120B、106B、113B、122B、123Bを閉じ、それ以外のスイッチ手段を開くことにより、モニタ電圧VMと基準電圧発生回路108Bが発生する基準電圧VR2とが誤差増幅器111により比較され、可変抵抗器119の抵抗値と上記基準電圧VR2とで規定されるレーザ光量が負帰還フィードバック制御により設定される。
【0147】
この時、誤差増幅器111の出力電圧がサンプルホールド回路112Bのコンデンサ114Bに充電されると共に、光検出器102に係るモニタ出力電圧がサンプルホールド回路105Bのコンデンサ107Bに充電される。
【0148】
そして、レーザダイオード101の光量が第2の目標光量で安定した時に、スイッチ手段106B、113Bをそれぞれ開き、第2の目標光量に対応する光検出器102のモニタ電圧VM2をサンプルホールド回路105Bに保持し、第2の目標光量に対応するレーザ光量が得られる制御電圧VC2をサンプルホールド回路112Bに保持する。
【0149】
変調期間中の駆動電流は、第1の自動光量制御動作で得られた制御電圧VC1を用いてレーザ駆動電流出力回路117が出力する駆動電流Is1、もしくは第2の自動光量制御動作で得られた制御電圧VC2を用いてレーザ駆動電流出力回路117Sが出力する駆動電流Is2のいずれか一方を選択してレーザダイオード101を駆動する場合と、両者の合成電流(Is1+Is2)でレーザダイオード101を駆動する場合がある。
【0150】
変調動作では、スイッチ手段120Cを閉じると共に、スイッチ手段120D1またはスイッチ手段120D2のいずれか一方を閉じ、これら以外のスイッチ手段を開く。
【0151】
ここで、変調動作後に第1の自動光量制御動作が行われるケースであれば、スイッチ手段120C、120D1を閉じ、第1の自動光量制御動作直前の変調動作期間において、誤差増幅器111の出力電圧を、サンプルホールド回路112Aに保持された電圧(=第1の目標光量に対応する制御電圧VC1)に略一致させておく。
【0152】
そして、第1の自動光量制御動作時になると、スイッチ手段106A、122Aを閉じ、スイッチ手段106B、122Bを開くことにより、バッファ手段110Aの入力電圧は、第1の自動光量制御動作での目標光量に対応するモニタ電圧VM1に略一致した電圧となり、モニタ電圧の立ち上がりの遅れを小さくすることができる。また、コンデンサ107に蓄積されたモニタ電圧VM1がスイッチ手段105Aを介して光検出器102と可変抵抗器119の接続端の電圧をチャージするので、長い収束時間を必要とする光モニタ電流−モニタ電圧変換部の収束を早める効果がある。
【0153】
これにより、変調動作期間の終了時のレーザ光量が低く、それに対応してモニタ電圧が小さい場合においても、第1の自動光量制御動作開始時では、バッファ手段110A、スイッチ手段120Aを介して誤差増幅器111の反転入力端子に入力される電圧は、前回の第1の自動光量制御動作での目標光量に対応するモニタ電圧VM1に略一致した電圧となり、スイッチ手段123Aを閉じることにより選択される基準電圧VR1と略一致することになるので、第1の自動光量制御動作に要する時間を大幅に短縮できる。
【0154】
また、変調動作後に第2の自動光量制御動作が行われるケースについても、同様に動作することで、同様の効果を得ることができる。
【0155】
このように、誤差増幅器111の反転入力端子に入力されるモニタ電圧の収束性が悪いことにより引き起こされる誤差増幅器111の出力電圧の変動を大幅に低減でき、モニタ電圧の収束時間の短縮とオーバーシュートの低減に大きな効果がある。
【0156】
[第5実施形態]
次に、第5実施形態として、図10を用いて、第4実施形態のレーザダイオード駆動装置100S(図9)の自動光量制御期間を更に短縮するために好適なレーザダイオード駆動装置の回路を説明する。
【0157】
前述した図9に示す回路構成では、変調動作から自動光量制御動作に切り替わる瞬間にスイッチ手段106A、106Bを閉じて、光検出器102の出力端と保持コンデンサ107A、107Bの端子とを接続するために、自動光量制御動作を開始した瞬間のモニタ電圧が若干不安定になるケースがあったが、図10に示す回路は、このモニタ電圧を安定化するものである。
【0158】
図10の回路の動作は、スイッチ信号183A、183B、183C、183Dにより選択されるスイッチ手段182A、182B、182C、182Dの切替えによって決定される。
【0159】
第1の自動光量制御動作時には、スイッチ手段182A、182B、182Dは開き、スイッチ手段182Cは閉じる。レーザダイオードの出力光は光検出器102で受光され、可変抵抗器119により発生するモニタ電圧VM1は、スイッチ手段182Cを介してコンデンサ171にサンプリングされる。
【0160】
一方、演算増幅器184によりMOSトランジスタ186のゲート電圧が制御され抵抗185とMOSトランジスタ186との接続端子190の電圧はモニタ電圧VM1に一致する。また、MOSトランジスタ186と抵抗187との接続端子191は図9の電圧端子VM、バッファ手段110Aを介してスイッチ手段120Aに接続されており、接続端子191の電圧VM1’は誤差増幅器111に入力される。レーザダイオードの出力光が目標値に達したときにスイッチ手段182Cは切断され、コンデンサ171に第1の自動光量制御期間の最終モニタ電圧VM1が保持される。
【0161】
次の第1の自動光量制御動作の直前の変調期間では、スイッチ手段182A、182B、182Cが開き、スイッチ手段182Dが閉じることにより、コンデンサ171に保持されている最終モニタ電圧VM1が、演算増幅器181Aから出力され、スイッチ手段182Dを介して演算増幅器184に入力される。演算増幅器184によりMOSトランジスタ186のゲート電圧が制御されるので、抵抗185とMOSトランジスタ186との接続端子190の電圧はモニタ信号VM1に一致し、MOSトランジスタ186と抵抗187との接続端子191の電圧は前記モニタ信号VM1’に一致する。
【0162】
そして、変調動作から第1の自動光量制御動作に移行する際に、再度スイッチ手段182Dが開き、代わってスイッチ手段182Cが閉じる。この時、図9におけるモニタ電圧端子VMから見たモニタ電圧の変動は、図9に示す回路構成の場合よりも図10に示す回路構成の場合の方が少なくなる(詳細は以下に記載)。このため、オーバーシュートを更に低減することが可能である。
以下、具体的に、変調動作時にレーザダイオードが消灯している状態から自動光量制御動作に移行したケースを例にとって、図9、図10の各回路でのモニタ電圧の変動を説明する。
【0163】
図9の回路の場合、変調動作でレーザダイオード101が消灯しているとき、光検出器102に流れる電流(PD電流)も0であるので、可変抵抗器119と光検出器102との接続端は5V(=電源電圧)となり、この状態から自動光量制御動作へと移行する。自動光量制御動作時のPD電流を0.1mA、可変抵抗器119の抵抗値を10kΩとすると、最終的にモニタ電圧VMは4V(=5−10kΩ×0.1mA)に整定する。
【0164】
ここで、コンデンサ107Aの容量を1nFとし、充電すべき光検出器102の容量と寄生容量の和を10pFと仮定すれば、5Vと4Vとの1Vの電位差を充電した場合、0.01V(=1V×10pF/1nF)の誤差が生じる。即ち、光検出器102のカソード部の電圧(=可変抵抗器119と光検出器102との接続端の電圧)は、変調動作時の5Vから、自動光量制御動作への切り替わり時に4.01Vとなり、その後自動光量制御動作により4Vに収束する。
【0165】
一方、図10の回路では、変調動作時には、例えば、ボルテージフォロワ構成の演算増幅器181Aとスイッチ手段182Dにより可変抵抗器119と光検出器102との接続端に、コンデンサ171に保持された電圧(=前回の自動光量制御動作時の最終モニタ電圧VM1)が出力されるので、光検出器102に流れる電流(PD電流)が0であっても、光検出器102のカソード部の電圧(=可変抵抗器119と光検出器102との接続端の電圧)は上記最終モニタ電圧VM1で一定となる。即ち、光検出器102のカソード部の電圧は、変調動作時、自動光量制御動作への切り替わり時、自動光量制御動作時を通して、4Vでほぼ一定に維持される。
【0166】
このように図9におけるモニタ電圧端子VMから見たモニタ電圧の変動は、図9に示す回路構成の場合よりも図10に示す回路構成の場合の方が少なくなる。
【0167】
なお、第2の自動光量制御動作についても、上記と同様にスイッチ手段182A、182Bを開閉することにより、同様の効果を得ることができる。
【0168】
また、図10に示す回路189を取り去ることにより、図10に示す回路を図8の回路に対応させることができる。
【0169】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、再度光量制御期間になったとき、位相補償手段には既に前回の光量制御期間の終了時での誤差増幅手段の内部電圧が保持されているので、改めて位相補償容量と誤差増幅手段の内部電圧に応じた電荷の充電を行う必要が無く、光量制御動作に要する時間を短縮することができると共に、誤差増幅手段の出力電圧の変動を小さくして安定的な光量制御動作への移行を図ることができる。
【0170】
また、請求項2記載の発明によれば、複数の基準値の各々に関する光量制御期間において、光量制御動作に要する時間の短縮及び安定的な光量制御動作への移行を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 第2実施形態に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図3】 誤差増幅器の回路構成例を示す概略図である。
【図4】 駆動電流出力回路の回路構成例を示す概略図である。
【図5】 信号入力回路の回路構成例を示す概略図である。
【図6】 (A)は周波数−ゲイン特性を示すボード線図であり、(B)は周波数−位相特性を示すボード線図である。
【図7】 誤差増幅器の他の回路構成例を示す概略図である。
【図8】 第3実施形態に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図9】 第4実施形態に係るレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図10】 第5実施形態に係るレーザダイオード駆動装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図11】 第3実施形態に係るレーザダイオード駆動装置の動作を説明するためのグラフであり、(A)はモニタ電圧VMの推移を、(B)は誤差増幅器の出力電圧VHの推移を、(C)はレーザ駆動電流Iの推移を、それぞれ示すグラフである。
【図12】 レーザダイオードの光量を異なる複数の目標レベルに調整する従来のレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図13】 レーザダイオードの光量を単一の目標レベルに調整する従来のレーザダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図14】 図13のレーザダイオード駆動装置の動作を説明するためのグラフであり、(A)はモニタ電圧VMの推移を、(B)は誤差増幅器の出力電圧VHの推移を、(C)はレーザ駆動電流Iの推移を、それぞれ示すグラフである。
【図15】 特開平9−45980号公報のレーザ駆動回路の概略構成図である。
【図16】 特開昭62−243137号公報のレーザ駆動回路の概略構成図である。
【符号の説明】
1、101 レーザダイオード
2、102 光検出器
12、111 誤差増幅器
13A、13B、105、112 サンプルホールド回路
14A、14B、21A〜21E、25A〜25D スイッチ手段
106、113、120A〜120D スイッチ手段
15A、15B、26A〜26D、107、114 コンデンサ
17A、17B、117 駆動電流出力回路
19、116 信号入力回路
23 位相補償手段
35、35S、100、100S レーザダイオード駆動装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser diode driving device that drives a laser diode, and more particularly to a laser diode driving device that performs an automatic light amount control operation at high speed.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, in a laser diode driving device that drives a laser diode, the optical output of the laser diode is converted into a monitor voltage using a photodetector such as a photodiode during a period called automatic light quantity control operation, and the converted monitor The drive current control voltage for obtaining the target light amount as the light amount of the laser diode is obtained by comparing the voltage and the reference voltage corresponding to the target light amount by the error detector. Further, during the modulation period in which the laser diode is modulated based on an external input signal, the light output of the laser diode is modulated using the drive current control voltage set by the automatic light quantity control operation.
[0003]
Incidentally, FIG. 12 shows a laser diode driving device 200 that adjusts the light amount of the laser diode 201 to a plurality of different target levels using a plurality of feedback loops. In this laser diode driving device 200, in order to automatically adjust two types of currents, a bias current fixedly supplied in accordance with a threshold current of the laser diode 201 and a modulation current modulated in accordance with an input signal, respectively. The two feedback loops are selectively controlled using the switch means 214A and 214B.
[0004]
Here, each operation mode selected by switching of the switch means 214A and 214B will be described with reference to FIG.
[0005]
The first automatic light amount control operation for setting the maximum light amount of the laser diode 201 shown in FIG. 12 is executed by closing the switch unit 214A and opening the switch unit 214B. At this time, the optical monitor current output from the photodetector 202 is subjected to current-voltage conversion by the variable resistor 222, and the monitor voltage VM obtained by the conversion is applied to the inverting input terminal of the error detector 212 through the buffer means 211A. At the same time, the reference voltage VR1 generated by the variable resistor 210A constituting the reference voltage generation circuit 209A is input to the non-inverting input terminal of the error detector 212 via the switch means 230A and the buffer means 211B. The error voltage VC1 output from the error detector 212 by comparing the voltages at both ends is input to the drive current output circuit 217A via the switch means 214A and the buffer means 216A, and is converted into a current by the drive current output circuit 217A. The converted current is superimposed on the bias current output from the drive current output circuit 217B, and the laser diode 201 is driven by the superimposed combined current. When the output light of the laser diode 201 becomes stable at the desired maximum light amount, the switch means 214A constituting the sample and hold circuit 213A is opened, and the modulation current control voltage VC1 for setting the drive current corresponding to the maximum light amount. Is held in the capacitor 215A.
[0006]
Next, a second automatic light amount control operation for setting a bias current corresponding to the threshold current of the laser diode 201 will be described. The second automatic light quantity control operation is executed by closing the switch unit 214B and opening the switch unit 214A. At this time, the optical monitor current output from the photodetector 202 is subjected to current-voltage conversion by the variable resistor 222, and the monitor voltage obtained by the conversion is input to the inverting input terminal of the error detector 212 through the buffer unit 211A. At the same time, the reference voltage VR2 generated by the variable resistor 210B constituting the reference voltage generation circuit 209B is input to the non-inverting input terminal of the error detector 212 via the switch means 230B and the buffer means 211B. The error voltage VC2 output from the error detector 212 by comparing the voltages at both ends is input to the drive current output circuit 217B via the switch means 214B and the buffer means 216B, and is converted into a current by the drive current output circuit 217B. The converted current is superimposed on the modulation current output from the drive current output circuit 217A, and the laser diode 201 is driven by the superimposed combined current. When the output light of the laser diode 201 becomes stable at a desired light quantity, the switch means 214B constituting the sample hold circuit 213B is opened, and a bias current control voltage VC2 for setting a drive current corresponding to the desired light quantity. Is held in the capacitor 215B.
[0007]
By repeatedly performing the first automatic light amount control operation and the second automatic light amount control operation, the bias current controlled by the bias current control voltage VC2 held by the sample hold circuit 213B becomes the threshold current of the laser diode 201. It is gradually approximated. On the other hand, the modulation current controlled by the modulation current control voltage VC1 held by the sample hold circuit 213A is approximated to a current corresponding to the maximum light amount.
[0008]
By the way, the error detector 212 composed of an operational amplifier is provided with a phase compensation circuit 223 composed of, for example, a series circuit of a resistor 224 and a capacitor 225 as shown in FIG. Is adjusted in accordance with the phase delay and loop gain of a negative feedback loop including a laser diode 201, a monitor light receiver 202, and a resistor 222 that converts the light output of the light receiver into a voltage. Such a phase compensation circuit 223 performs phase compensation of the error detector 212.
[0009]
As a technique for providing a phase compensation circuit in a negative feedback control system as described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-113802 detects an operating state of a drive target by a detection unit, and the detection output is compared with a reference value by a comparison unit. An error signal is obtained by comparison, and when a negative feedback control is performed by applying the error signal to the control unit, a time control unit corresponding to a phase compensation circuit is provided between the comparison unit and the control unit, and the time A technology that stabilizes negative feedback during automatic adjustment even when the time constant is set to a sufficiently large value in a negative feedback control system by inputting an error signal whose time characteristic has been changed by the control unit to the control unit. It is disclosed.
[0010]
However, in the case of the laser drive current output circuit 200 shown in FIG. 12, the output voltage of the error detector 212 is a voltage corresponding to the maximum light amount when the first automatic light amount control operation is switched to the second automatic light amount control operation. Since it is VC1 and the target voltage to be settled is the voltage VC2 corresponding to the minimum light quantity, it takes a long time for the output voltage of the error detector 212 to settle from the voltage VC1 to the voltage VC2. In particular, regarding the phase compensation unit 223 of the error detector 212, since the target feedback loop includes a light-current conversion path and has a long time constant, several hundred pF to several hundreds pF are included in the phase compensation unit for stabilization. It must have nF phase compensation capacitance.
[0011]
When the phase compensation capacity increases in this way, the phase compensation capacity has to be charged in order to switch from the voltage VC1 to the voltage VC2, and in order to settle down to the target control state, the second automatic light quantity control requires several μm. A settling time of seconds to tens of microseconds is required. The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-113802 has a similar problem that it takes a lot of settling time because the time constant is set to a sufficiently large value in the negative feedback control system.
[0012]
In addition, when the modulation operation is switched to the first automatic light amount control operation, if the laser diode 201 emits light with a low light amount or is turned off by the modulation operation, the error detector 212 is connected to the non-inverting input terminal. Since the input voltage is significantly lower than the input voltage to the inverting input terminal, the output voltage of the error detector 212 may swing to the power supply voltage side. Therefore, when switching to the first automatic light amount control operation, it takes a long time to set the voltage close to the power supply voltage to the target control voltage VC1, and the output voltage of the error detector 212 is changed to the power supply voltage. If it is swung out to the side, an excessive current may flow to the laser diode 201 from the current output circuits 217A, 217B.
[0013]
Incidentally, the laser diode driving apparatus that uses a single footback loop to adjust the light amount of the laser diode to a single target level has the same problem as described above.
[0014]
FIG. 13 is a circuit block diagram of a laser diode driving device that adjusts the light quantity of the laser diode to a single target level. In FIG. 13, the automatic light quantity control operation is performed by closing the switch means 270A, 270B, 263 and opening the switch means 270C, 270D. At this time, the optical monitor current output from the photodetector 252 is converted into current-voltage by the variable resistor 269, and the monitor voltage VM is applied to the inverting input terminal of the error detector 261 via the buffer means 260A and the switch means 270A, respectively. The reference voltage VR generated by the variable resistor 259 constituting the reference voltage generation circuit 258 is input to the non-inverting input terminal of the error detector 261 via the buffer means 260B and the switch means 270B. Then, the error detector 261 compares the monitor voltage VM with the reference voltage VR. The error voltage output from the error detector 261 is converted into a laser drive current by the drive current output circuit 267 input via the switch means 263 and the buffer means 265, and the laser diode 251 emits light with the drive current added to the bias current. . The light amount of the laser diode 251 is adjusted to the target light amount by adjusting the monitor voltage VM by the variable resistor 269 or adjusting the reference voltage VR1 generated by the reference voltage generation circuit 258. When the light amount of the laser diode 251 is stabilized at a desired light amount, the switch means 263 is opened, and the control voltage VC at that time is held in the capacitor 264.
[0015]
However, when the laser diode is extinguished or emits light with a low light amount immediately before the start of automatic light amount control, the light monitor current output from the photodetector is as small as several tens of μA to several hundred μA, and the load resistance converts this into voltage Since it is necessary to increase the resistance value of the detector, a phase delay occurs due to the CR time constant, the automatic light quantity control operation is started, and when the laser diode emits light at the maximum light quantity, it converges to the corresponding monitor voltage. The time will be longer. Therefore, the monitor voltage input to the inverting input terminal of the error detector 261 shown in FIG. 13 is lower than the reference voltage VR, and the control voltage for driving the laser diode 251 is increased. Driving currents flow and automatic light control time becomes a factor.
[0016]
FIGS. 14A, 14B, and 14C are waveform diagrams for explaining this. 14A, 14B, and 14C, periods P1 and P3 indicate modulation periods, periods P2 and P4 indicate automatic light quantity control periods, respectively, and the waveform in FIG. 14B, the waveform in FIG. 14B shows the control voltage VH output from the sample hold circuit 262, and the waveform in FIG. 14C shows the drive current I flowing through the laser diode 251.
[0017]
When shifting from the modulation operation period P3 to the automatic light amount control operation period P4, the monitor voltage VM varies in response to the output of the laser diode 251, and thus the laser diode 251 is turned off immediately before the automatic light amount control operation period P4. In this case, as indicated by P4 in FIG. 14A, since it takes time for the monitor voltage VM to rise even if the automatic light quantity control operation is started, the output voltage VH of the error detector 261 is set to the reference voltage. By comparison with VR, the light amount increases in the direction of increasing, and as shown in FIG. 14C, the laser drive current I also increases beyond the target drive current. For this reason, the time required to complete the automatic light quantity control operation also becomes longer.
[0018]
In order to solve this, a method of causing the laser diode to emit light with the maximum light amount just before the automatic light amount control operation is conceivable. If the laser diode 251 emits light with the maximum light amount immediately before the automatic light amount control operation period P2 as indicated by P1 in FIG. 14A, the fluctuation of the output voltage VH of the error detector 261 can be reduced. As shown in FIG. 14C, the fluctuation of the laser drive current I can also be reduced.
[0019]
However, the fact that the laser diode emits light with the maximum light amount before starting the automatic light amount control operation is always incorporated, the time for the light monitor voltage to settle always must be provided before the automatic light amount control operation. Accordingly, the modulation operation period is shortened.
[0020]
As described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45980 discloses a technique for receiving output light of a laser diode by a photodiode and holding a voltage output corresponding to the received light amount by a sample hold circuit. A buffer amplifier is configured by an operational amplifier in a period, and a provisional drive voltage is input to maintain the state of the operational amplifier in an active state, and the provisional drive voltage is close to the final target value of the drive voltage in the laser power adjustment period A technique for shortening the time until the comparison output becomes a light emission start level and shifts to a normal loop response operation in the laser power adjustment period by setting the level is disclosed.
[0021]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 62-243137 discloses a control system that feeds back an output of a laser diode that generates a laser beam for recording data on an optical storage medium and controls the output of the laser diode element to a predetermined value. Discloses a technique for preventing an excessive driving current from being supplied to the laser diode by fixing the feedback amount to a value corresponding to the predetermined value before the recording operation.
[0022]
In the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-45980 among the above, specifically, the output (laser diode control voltage) of the comparator 292 of FIG. 15 constituted by an operational amplifier and the temporary drive voltage (sample hold circuit 290). The output of the photodiode 294 (the output of the sample hold circuit 290) is input to the comparator 292, and the output of the comparator 292 and the output of the photodiode 294 are made to coincide with each other. It has become. However, in practice, the comparator 292 performs the automatic light quantity control operation so that the output of the photodiode 294 and the reference voltage E RR Therefore, the output of the comparator 292 does not match the laser diode control voltage at the end of the automatic light quantity control operation. Therefore, highly accurate drive control is difficult. On the other hand, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-243137 also has the same problems because the configurations of the sample hold circuit 296 and the comparator 298 in FIG. 16 are the same as described above.
[0023]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and when shifting from a modulation operation to an automatic light amount adjustment operation, or from an automatic light amount adjustment operation based on a predetermined light amount reference value to another light amount reference value. Provided a laser diode driving device capable of reducing the fluctuation of the output voltage of the error amplifier when shifting to the automatic light amount adjustment operation based on the above, and reducing the time required for stable operation transfer and automatic light amount adjustment operation The purpose is to do.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a laser diode driving device according to claim 1, wherein the laser diode driving device receives laser light from the laser diode and outputs a detection value corresponding to the amount of received light, and output by the light receiving detection device. An error amplifying means for comparing and amplifying the detected value with a predetermined reference value; a holding means for holding an output value after error amplification by the error amplifying means; and the output value held by the holding means And a driving means for driving the laser diode based on the above, a drive current value of the laser diode when the detected value of the light emission amount of the laser diode becomes equal to the predetermined reference value is set During the light quantity control period for performing the phase compensation, the voltage is electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means and the internal voltage of the error amplifying means is set. Characterized in that a phase compensation means for lifting.
[0025]
In the laser diode driving apparatus according to the first aspect, the light reception detection means receives the laser light from the laser diode, outputs a detection value corresponding to the received light amount, and the output detection value is input to the error amplification means. . The error amplifying means compares the detected value with a predetermined reference value to amplify the error, and the holding means holds the output value after the error amplification. As the holding means here, for example, a capacitor can be adopted, and the output voltage after error amplification output from the error amplifying means may be held in the capacitor.
[0026]
And a drive means drives a laser diode based on the hold | maintained output value. For example, the drive means converts the output voltage held in the capacitor into a drive current for the laser diode, and supplies the obtained drive current to the laser diode, thereby driving the laser diode.
[0027]
In such a laser diode drive device, a light amount control period is provided for setting a drive current value of the laser diode when the detected value of the light emission amount of the laser diode becomes equal to a predetermined reference value. During this light amount control period, the phase compensation means is electrically connected to a predetermined location in the error amplification means to perform phase compensation and hold the internal voltage of the error amplification means.
[0028]
Therefore, at the end of the light amount control period, the internal voltage of the error amplifying unit immediately before the end of the light amount control period is held in the phase compensation unit. After that, for example, when the light amount control period is reached again after a modulation period for modulating laser light based on image data, the phase compensation means is electrically connected to a predetermined location in the error amplification means. The compensating means holds the internal voltage of the error amplifying means at the end of the previous light amount control period.
[0029]
Preferably, the error amplifying means is a switching means that is turned on during the light amount control period, and is electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means via the switching means to perform phase compensation and an internal voltage of the error amplifying means. It is preferable to include a compensation means that holds
[0030]
In this case, in the light amount control period, the switching unit is turned on, and the compensation unit is electrically connected to a predetermined location in the error amplification unit to perform phase compensation. As this compensation means, for example, a CR circuit constituted by a capacitor and a resistor connected in series may be adopted, or it may be constituted only by a capacitor. In the first phase compensation, the capacitor is charged with the charge of the phase compensation capacitance. When the light amount control period ends, the switching unit is turned off, and the compensation unit holds the internal voltage of the error amplifying unit at the end of the light amount control period. Thereafter, when the light quantity control period is reached again, the switching means is turned on, and the compensating means is electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means. At this time, the compensation means already holds the internal voltage of the error amplifying means at the end of the previous light amount control period.
[0031]
Thus, at the start of the light quantity control period, the phase compensation means holds the internal voltage of the error amplification means at the end of the previous light quantity control period. There is no need to charge according to the charge. As a result, the time required for the light amount control operation can be shortened, and the shift to the stable light amount control operation can be achieved by reducing the fluctuation of the output voltage of the error amplifying means.
[0032]
As the predetermined location in the error amplifying means, for example, the interval between the input and output of the output stage of the error amplifying means can be adopted. In this case, the voltage of the output stage immediately before the end of the light amount control period is held as the internal voltage. However, in the present invention, as shown in FIG. 7, for example, an error amplifier composed of three stages of a differential amplifier 90A, a shift stage 90B, and an output stage 90C in order to increase the gain of the entire error amplifier by gain superposition. The phase compensation means 23 may be provided between the output S0 of the shift stage 90B and the input N0 of the output stage 90C. Thus, the application range of the present invention is not limited by the configuration of the error amplifier and the connection location of the phase compensation means.
[0033]
Incidentally, a plurality of reference values may be provided as reference values for the light emission amount of the laser diode. As the plurality of reference values, for example, the maximum light amount and the minimum light amount of the laser diode (arbitrary light amount between the light amount corresponding to the threshold current and the maximum light amount) are often adopted.
[0034]
The laser diode driving device according to claim 2 is a laser diode driving device in which a plurality of reference values are provided as reference values for the light emission amount of the laser diode. The laser diode driving device according to claim 2 receives the laser beam from the laser diode and outputs a detection value corresponding to the amount of received light, and the detection value output by the light reception detection unit and a predetermined value. Based on the error amplification means for comparing and amplifying each of the plurality of reference values, holding means for holding the output value after error amplification by the error amplification means, and the output value held by the holding means And a driving means for driving the laser diode. Each reference for setting a driving current value of the laser diode when a detected value of the light emission amount of the laser diode is equal to each reference value. During a light amount control period for each value, phase compensation is performed by being electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means, and the internal voltage of the error amplifying means is held. Characterized in that a phase compensation means for each reference value.
[0035]
In the laser diode driving device according to claim 2, as in the laser diode driving device according to claim 1, the phase compensation means corresponding to the reference value is provided in the first light amount control period for one reference value. It is electrically connected to a predetermined location in the error amplification means to perform phase compensation and hold the internal voltage of the error amplification means.
[0036]
After that, when the light quantity control period relating to another reference value or the modulation period for modulating laser light based on image data, for example, is entered again into the first light quantity control period, the phase compensation means corresponding to the reference value performs error amplification. It is electrically connected to a predetermined location in the means. At this time, the phase compensation means already holds the internal voltage of the error amplification means at the end of the previous light amount control period.
[0037]
Preferably, the error amplifying means is electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means via the switching means for each reference value that is turned on during the light amount control period for each reference value and the switching means for each reference value. And a compensation means for each reference value for performing phase compensation and holding the internal voltage of the error amplifying means.
[0038]
In this case, when the first light quantity control period for one reference value is reached, the switching means corresponding to the reference value is turned on, and the compensation means corresponding to the reference value is electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means. Phase compensation. In the first phase compensation, the compensation means (capacitor or the like) is charged with the charge of the phase compensation capacitance. When the first light amount control period ends, the switching unit is turned off, and the compensation unit holds the internal voltage of the error amplifying unit at the end of the first light amount control period. After that, when the light quantity control period relating to another reference value, for example, the modulation period for modulating laser light based on image data, and the first light quantity control period again, the switching means is turned on, and the compensation means is error amplified. It is electrically connected to a predetermined location in the means. At this time, the compensation means already holds the internal voltage of the error amplifying means at the end of the previous light amount control period.
[0039]
As described above, when the first light quantity control period starts again, the phase compensation means already holds the internal voltage of the error amplifying means at the end of the previous light quantity control period. There is no need to charge the capacitor according to the capacity and the internal voltage of the error amplifying means, the time required for the light intensity control operation can be shortened, and the fluctuation of the output voltage of the error amplifying means can be reduced to stabilize the light quantity. Transition to control operation can be achieved. Similarly, regarding the light amount control period related to other reference values, it is possible to shorten the time required for the light amount control operation and shift to a stable light amount control operation.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
A first embodiment according to the first and second aspects of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0055]
FIG. 1 shows a configuration of a laser diode driving device 35 that adjusts the light amount of the laser diode 1 to a plurality of different target levels for each feedback loop using a plurality of feedback loops.
[0056]
The laser diode driving device 35 is provided with two reference voltage generation circuits 9A and 9B. The reference voltage generation circuit 9A divides the power supply voltage by the variable resistor 10A to obtain a desired reference voltage VR1. The generation circuit 9B divides the power supply voltage by the variable resistor 10B to obtain a desired reference voltage VR2 (note that the reference voltages VR1 and VR2 are collectively referred to as the reference voltage VR). One of the reference voltages VR1 and VR2 is selected by opening / closing the switch means 30A and 30B, and a reference signal corresponding to the selected reference voltage is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 12 via the buffer means 11B. .
[0057]
The laser diode driving device 35 is provided with a laser diode 1, and laser light output from the laser diode 1 is received by the photodetector 2. The optical monitor current output from the photodetector 2 is subjected to current-voltage conversion by the variable resistor 22, and a monitor signal corresponding to the monitor voltage VM obtained by the conversion is supplied to the inverting input terminal of the error amplifier 12 via the buffer means 11A. Is input.
[0058]
In the error amplifier 12, error amplification is performed with the selected reference voltage and the monitor voltage VM, and a signal after error amplification (hereinafter referred to as an error amplification signal) is input to the sample hold circuits 13A and 13B. The sample and hold circuit 13A is composed of a switch means 14A having one end connected to the output terminal of the error amplifier 12, and a capacitor 15A connected to the other end of the switch means 14A and grounded. When closed, the error amplification signal from the error amplifier 12 is input to the drive current output circuit 17A via the buffer means 16A.
[0059]
The sample hold circuit 13B is configured in the same manner as the sample hold circuit 13A. When the switch means 14B in the sample hold circuit 13B is closed, the error amplification signal from the error amplifier 12 is driven through the buffer means 16B. Input to the output circuit 17B.
[0060]
The drive current I1 generated by the drive current output circuit 17A and the drive current I2 generated by the drive current output circuit 17B are adjusted by adjusting the monitor voltage VM to the reference voltage VR in different automatic light amount control periods. An arbitrary laser light amount is set. On the other hand, during the modulation period, the drive current I1 is intensity-modulated in 16 steps according to the intensity-modulated data signal input from the signal input terminals 3A, 3B, 3C, and 3D, and the current is added to the other drive current I2. The laser diode 1 is driven to emit light by the drive current I after the addition.
[0061]
Here, the configuration of the drive current output circuit 17A (FIG. 4) and the configuration of the signal input circuit 19 (FIG. 5) will be described. In FIG. 5, input signals IN1, IN2, IN3, and IN4 correspond to signals input from the input terminals 3A, 3B, 3C, and 3D of FIGS. 1 and 4 to the signal input circuit 19, respectively. This corresponds to a pulse width modulation signal input from the input terminal 4 to the signal input circuit 19. Further, the normal rotation signals OUT1, OUT2, OUT3, and OUT4 correspond to the differential switch signal group 20A in FIGS. 1 and 4, and the inverted signals OUT1 ′, OUT2 ′, OUT3 ′, and OUT4 ′ are in FIGS. Corresponds to the differential switch signal group 20B.
[0062]
In the signal input circuit 19 shown in FIG. 5, the input intensity modulation signal IN1 is input to the AND circuit 19C via the inverters 19A and 19B. The input pulse width modulation signal PWM is also input to the AND circuit 19C via the inverters 19J and 19K. A signal representing a logical product result of the intensity modulation signal IN1 and the pulse width modulation signal PWM by the logical product circuit 19C is inverted at the output terminal of the logical product circuit 19C, and then the normal rotation signal OUT1 through the inverters 19D, 19E, and 19F. Is output as The signal representing the logical product result is inverted at the output terminal of the logical product circuit 19C, and then output as the inverted signal OUT1 ′ via the inverters 19D, 19G, 19H, and 19I.
[0063]
Similarly, the other intensity modulation signals IN2, IN3, and IN4 are ANDed with the pulse width modulation signal PWM, and a normal rotation signal and an inverted signal corresponding to the logical product result are output. Further, the normal rotation signal and the inverted signal that are output are inverted from each other.
The drive current output circuit 17A shown in FIG. 4 is provided with transistor pairs 41A, 41B, 41C and 41D composed of a pair of MOS transistors. The drain of the left transistor in FIG. The drain of the right transistor connected to the diode 1 is the power supply V DD It is connected to the.
[0064]
Each signal of the differential switch signal group 20A is input in a one-to-one correspondence to the gate of the left transistor, and each signal of the differential switch signal group 20B is input in a one-to-one correspondence to the gate of the right transistor. .
[0065]
The source of each transistor of the transistor pair 41A is grounded via the current source transistor 40A and the resistor R. Similarly, the transistor pairs 41B, 41C, and 41D are connected to the current source transistors 40B, 40C, and 40D, respectively.
[0066]
The transistor ratio of these current source transistors 40A, 40B, 40C, and 40D = (gate width / gate length) is configured to be a ratio of 8: 4: 2: 1, and is turned on / off for each current source transistor. By performing the off control, the current value can be switched in 16 stages including the case where all the current source transistors are turned off (when no current flows).
[0067]
For example, when only OUT1 and OUT4 are ON in the differential switch signal group 20A (only OUT2 ′ and OUT3 ′ are ON in the differential switch signal group 20B at this time), the transistor pair 41A and 41D has the left side in FIG. The transistor is turned on, and the transistor on the right side in FIG. 4 is turned on in the transistor pair 41B and 41C. At this time, the combined current of the current set by the current source transistors 40A and 40D and the bias current set by the drive current output circuit 17B is supplied to the laser diode 1. That is, the laser diode 1 is driven by the combined current of the current of the 9th (= 8 + 1) stage and the bias current among the 16 stages.
[0068]
The drive current control voltage 42 corresponds to the output voltage VC1 of the sample hold circuit 13A of FIG. 1, and the current controlled by the drive current control voltage 42 and set by the current source transistors 40A, 40B, 40C, and 40D is differential. The modulated current is modulated in 16 stages by the switch signals 20A and 20B, and the modulated current is added to the bias current set by the drive current output circuit 17B, and the laser diode 1 is driven by the added current.
[0069]
In the laser diode driving device 35, a first automatic light amount control operation for setting the maximum light amount of the laser diode 1 and a second automatic light amount control operation for setting a bias current corresponding to the threshold current of the laser diode 1 are alternately performed. The voltage of the two feedback loops is controlled by using one error amplifier 12, so that the output light of the laser diode 1 is set to the target light amount. In the circuit of FIG. 1, a switch is used to automatically adjust two types of currents: a bias current that is fixedly supplied according to the threshold current of the laser diode 1 and a modulation current that is modulated according to an input signal. The two feedback loops are selectively controlled using the means. The drive current output circuit 17A outputs a modulated current obtained by intensity-modulating a current corresponding to the desired maximum light amount by an external signal input. The drive current output circuit 17 </ b> B has a function of constantly supplying a bias current determined from the threshold current of the laser diode 1 to the laser diode 1. This bias current serves to increase the lighting speed of the laser diode.
[0070]
Although the details will be described later, the error amplifier 12 of the laser diode driving device 35 is constituted by a basic circuit of a CMOS operational amplifier shown in FIG. 3, and as shown in FIG. Means 23 is connected. This phase compensation means 23 includes, as a phase compensation circuit, a circuit comprising a resistor 24, an on-resistance of a switch means 25A and a capacitor 26A, and a circuit comprising a resistor 24, an on-resistance of a switch means 25B and a capacitor 26B. Switching is performed by opening and closing the switch means 25A and 25B. As the phase compensation circuit, a single capacitor may be employed instead of the CR circuit composed of the resistor and the capacitor as described above.
[0071]
In FIG. 1, reference voltage generation circuits 9A and 9B divide a power supply voltage by variable resistors 10A and 10B to obtain a plurality of desired reference voltages VR. The reference voltage generation circuits 9A and 9B A digital-analog conversion circuit (DA converter) may be used so that the generated reference voltage value can be automatically controlled by a CPU or the like.
[0072]
Further, a circuit similar to the signal input circuit 19 shown in FIG. 5 may be provided in the drive current output circuit 17B, and the drive current output from the drive current output circuit 17B may be modulated stepwise.
[0073]
Next, each operation mode of the first automatic light amount control operation, the second automatic light amount control operation, and the modulation operation will be described. The opening / closing operation of the switch means 14A, 14B, 30A, 30B, 25A, 25B is controlled by a switch signal output from a control device (not shown).
[0074]
First, the first automatic light quantity control operation will be described. In FIG. 1, the first automatic light amount control operation for setting the maximum light amount of the laser diode 1 is executed by closing the switch means 14A and opening the switch means 14B. At this time, the optical monitor current output from the photodetector 2 is subjected to current-voltage conversion by the variable resistor 22, and the monitor voltage VM obtained by the conversion is input to the inverting input terminal of the error amplifier 12 through the buffer means 11A. At the same time, the reference voltage VR1 generated by the variable resistor 10A constituting the reference voltage generating circuit 9A is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 12 via the switch means 30A and the buffer means 11B. The error voltage VC1 output from the error amplifier 12 by comparing the voltages at both ends is input to the drive current output circuit 17A via the switch means 14A and the buffer means 16A, and is converted into a current by the drive current output circuit 17A. The converted current is superimposed on the bias current output from the drive current output circuit 17B, and the laser diode 1 is driven by the superimposed combined current. When the output light of the laser diode 1 becomes stable at the desired maximum light amount, the switch means 14A constituting the sample hold circuit 13A is opened, and the modulation current control voltage VC1 for setting the drive current corresponding to the maximum light amount. Is held in the capacitor 15A. In this case, the bias current output from the drive current output circuit 17B has already been held in the sample hold circuit 13B by the second automatic light quantity control operation described below, and the current value is set by the bias current control voltage. Is set.
[0075]
Next, a second automatic light amount control operation for setting a bias current corresponding to the threshold current of the laser diode 1 will be described. The second automatic light quantity control operation is executed by closing the switch unit 14B and opening the switch unit 14A. At this time, the optical monitor current output from the photodetector 2 is subjected to current-voltage conversion by the variable resistor 22, and the monitor voltage obtained by the conversion is input to the inverting input terminal of the error amplifier 12 through the buffer means 11A. At the same time, the reference voltage VR2 generated by the variable resistor 10B constituting the reference voltage generation circuit 9B is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 12 via the switch means 30B and the buffer means 11B. The error voltage VC2 output from the error amplifier 12 by comparing the voltages at both ends is input to the drive current output circuit 17B via the switch means 14B and the buffer means 16B, and is converted into a current by the drive current output circuit 17B. The converted current is superimposed on the modulation current output from the drive current output circuit 17A, and the laser diode 1 is driven by the superimposed combined current. When the output light of the laser diode 1 becomes stable at a desired light amount, the switch means 14B constituting the sample hold circuit 13B is opened, and a modulation current control voltage VC2 for setting a drive current corresponding to the desired light amount. Is held in the capacitor 15B.
[0076]
In this case, the modulation current output from the drive current output circuit 17A is such that the digital signal value Din input from the signal input terminals 3A, 3B, 3C, and 3D is set to an integer of 1 to 14, and the reference voltage generation circuit 9 The generated reference voltage VR2 is set according to the digital signal value Din as follows.
[0077]
For example, when Din is set to 10, the voltage VR2 generated by the reference voltage generation circuit 9B is based on the reference voltage VR1 generated at the maximum value Din (max) by the reference voltage generation circuit 9A that defines the maximum light amount. (1) is set.
[0078]
VR2 = VR1 × 10 / Din (max) (1)
By repeatedly performing the first automatic light amount control operation and the second automatic light amount control operation as described above, the bias current controlled by the bias current control voltage VC2 held by the sample hold circuit 13B can be controlled by the laser diode 1. It is gradually approximated to the threshold current. On the other hand, the modulation current controlled by the modulation current control voltage VC1 held by the sample hold circuit 13A is approximated to a current corresponding to the maximum light amount.
[0079]
For example, a case will be described in which the automatic light amount control operation is repeated with the output current I1 = 0 of the drive current output circuit 17A and the output current I2 = 0 of the drive current output circuit 17B as the initial state. Here, the target maximum modulation current is Is, the target bias current is Ib, and the digital input signal Din = 5 from the signal input terminals 3A, 3B, 3C, and 3D in the second automatic light amount control. In the first first automatic light quantity control operation, since the bias current I2 = 0, the modulation current I1-1 is set as shown in the following equation (2).
[0080]
I1-1 = (Is + Ib) (2)
In the second automatic light quantity control, the bias current I2-1 is obtained by subtracting the modulation current 5/15 · I1-1 set by the digital signal input Din = 5 from the target drive current (Ib + Is / 3). It is set as equation (3).
[0081]
Figure 0003757622
Next, in the second automatic light amount control, the modulation current I1-2 is set as the following formula (4) by subtracting the bias current I2-1 from the modulation current I1-1.
[0082]
Figure 0003757622
The bias current I2-2 is set as shown in the following equation (5) by subtracting the modulation current 5/15 · I1-2 set by the digital signal input Din = 5 from the target drive current.
[0083]
Figure 0003757622
Thereafter, by repeating the automatic light amount control operation in the same manner, the modulation currents I1 and n approach the target modulation current Is, and the bias currents I2 and n approach the target bias current Ib.
[0084]
Next, the modulation operation period will be described. During the modulation operation period, by opening the switch means 14A, a modulation current is generated by the drive current control voltage VC1 stored in the capacitor 15A, and the current value of the modulation current is input from the signal input terminals 3A, 3B, 3C, 3D. The digital signal value Din is modulated in 16 steps. Further, by opening the switch means 14B, a bias current is generated by the bias current control voltage VC2 stored in the capacitor 15B. This bias current and the modulated current after modulation are superimposed, and the laser diode 1 is driven to emit light by the superimposed current.
[0085]
Now, operations of the error amplifier 12 and the phase compensation unit 23 will be described. FIG. 3 shows a circuit configuration of a CMOS operational amplifier constituting the error amplifier 12. In FIG. 3, IN- indicates an inverting input terminal, IN + indicates a non-inverting input terminal, and V0 is a bias voltage that determines a current value of a constant current source transistor connected to a power source. In the case of this circuit configuration, the phase compensation means 23 is connected between the output voltage OUT and the internal control voltage N0. In contrast to FIG. 1, the output voltage OUT is taken out from the terminal 8A, and the internal control voltage N0 is taken out from the terminal 8E.
[0086]
In the error amplifier 12 of FIG. 3, the reference voltage VR input to the PMOS 12A from the non-inverting input terminal IN + and the output voltage OUT input to the PMOS 12B from the inverting input terminal IN− via the feedback loop RP of FIG. For example, if the output voltage OUT is larger than the reference voltage VR, the internal control voltage N0 becomes larger than the internal voltage N1, and the output voltage OUT is lowered by the NMOS 12C. In this way, the output voltage OUT is controlled to be equal to the reference voltage VR.
[0087]
Next, phase compensation will be described.
[0088]
In general, the oscillation conditions of an operational amplifier are the following two.
[0089]
(1) The gain in the feedback is 1 or more.
[0090]
(2) The phase shift when making one turn in the feedback is 360 ° or more.
[0091]
In the laser diode drive device 35 of the present embodiment, negative feedback (negative feedback) is applied, and a delay of 180 ° occurs only with this configuration, so that the margin for avoiding oscillation of the operational amplifier is 180 °. It becomes.
[0092]
Since the error amplifier 12 of FIG. 3 includes two stages, that is, a differential amplifier 12S and an output stage 12T, the delay in the second stage is superimposed on the delay in the first stage. This is represented on the Bode diagram as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B). In FIG. 6A, the characteristic A1 indicates the frequency characteristic of the first stage gain, and the characteristic A2 indicates the frequency characteristic of the second stage gain. The frequency characteristic of the gain of the entire operational amplifier is thick. The frequency characteristic is as shown by the broken line. Further, the frequency characteristic of the phase of the entire operational amplifier is a frequency characteristic as indicated by a thick broken line in FIG. The frequency f1 indicates the position of the first-stage pole, and the frequency f2 indicates the position of the second-stage pole.
[0093]
In the characteristics A1 and A2, the gain decreases with a slope of (−20 db / dec) after the pole. Therefore, at the frequency f2 or higher, the gain of the entire operational amplifier is a number as apparent from the characteristics of the thick broken line in FIG. Since the phase delay of the entire operational amplifier is 135 ° or more as apparent from the characteristic of the thick broken line in FIG. 6B, the operational amplifier oscillates.
[0094]
Here, in this embodiment, in order to improve the phase delay, the phase is greatly advanced by the capacitors 26A and 26B having large capacitance. Thus, by shifting the position of the first stage pole to the low frequency side f1 ′, the gain of the entire operational amplifier becomes a frequency characteristic as shown by the thick solid line in FIG. 6A, and the frequency f2 (the second stage pole) ), The gain can be set to 0 db, and oscillation can be avoided.
[0095]
Specifically, in the laser diode driving device 35 of FIG. 1, in the first automatic light quantity control operation, the switch means 25A is closed and the switch means 25B is opened, whereby the resistor 24, the ON resistance of the switch means 25A and the capacitor 26A are used. Phase compensation. When the first automatic light quantity control operation is completed, phase compensation is performed in the first automatic light quantity control operation by opening the switch means 25A at the same timing as opening the switch means 14A constituting the sample hold circuit 13A. The internal voltage of the error amplifier 12 at the time of the operation is held in the capacitor 26A.
[0096]
Next, in the second automatic light quantity control operation, the phase compensation described above is performed by the resistor 24, the ON resistance of the switch means 25B and the capacitor 26B by opening the switch means 25A and closing the switch means 25B. Then, when the second automatic light quantity control operation is completed, the phase compensation is performed in the second automatic light quantity control operation by opening the switch means 25B at the same timing as opening the switch means 14B constituting the sample hold circuit 13B. The internal voltage of the error amplifier 12 at the time of the operation is held in the capacitor 26B.
[0097]
Thereafter, when the first automatic light amount control operation is executed again, the switch means 25A is closed again. At this time, the capacitor 26A already holds the internal voltage at the time of the previous first automatic light amount control operation. Therefore, there is no need to recharge the capacitor 26A according to the phase compensation capacitance and the internal voltage of the error amplifier 12, and the time required for the first automatic light quantity control operation can be shortened. In addition, fluctuations in the output voltage of the error amplifier 12 can be reduced, and a transition to a stable first automatic light amount control operation can be achieved.
[0098]
After that, when the operation shifts to the second automatic light amount control operation, the capacitor 26B already holds the internal voltage at the previous second automatic light amount control operation as described above. Thus, there is no need to charge the phase compensation capacitor and the internal voltage of the error amplifier 12 again, the time required for the second automatic light quantity control operation can be shortened, and the fluctuation of the output voltage of the error amplifier 12 can be reduced. Thus, it is possible to shift to a stable second automatic light amount control operation.
[0099]
In the above embodiment, the error amplifier 12 is constituted by a basic circuit of a CMOS operational amplifier as shown in FIG. 3, and the phase compensation means 23 is provided between the input N0 and the output OUT of the output stage of the error amplifier 12. Although an example has been described, the present invention can also be applied to error amplifiers having configurations other than those described above, and the installation location of the phase compensation means is not limited.
[0100]
For example, as shown in FIG. 7, in order to increase the gain of the entire error amplifier by gain superposition, the differential amplifier 90A, a shift stage 90B, and an output stage 90C are configured in three stages, and the phase compensation unit 23 is configured as a shift stage 90B. The present invention can also be applied to the error amplifier 90 provided between the output S0 of the output and the input N0 of the output stage 90C.
[0101]
[Second Embodiment]
Next, as a second embodiment, a circuit for making the input / output voltage of the error amplifier 12 constant during the modulation operation period in order to further stabilize the laser diode driving device 35 (FIG. 1) of the first embodiment. A laser diode driving device to which is given will be described.
[0102]
As shown in FIG. 2, in the laser diode driving device 35S according to the present embodiment, the output side of the buffer means 16A is connected to the error amplifier 12 via the switch means 21D, and the output side of the buffer means 16B is connected to the error amplifier 12 via the switch means 21E. The error amplifier 12 is connected to the non-inverting input terminal, and the output side of the error amplifier 12 is connected to the inverting input terminal of the error amplifier 12 via the switch means 21C.
[0103]
Further, the phase compensation means 23 is added with a circuit comprising a resistor 24, an on-resistance of a switch means 25C and a capacitor 26C, and a circuit comprising a resistor 24, an on-resistance of a switch means 25D and a capacitor 26D as a phase compensation circuit. ing.
[0104]
In the laser diode driving device 35S, the first automatic light amount control operation, the modulation operation, the second automatic light amount control operation, and the modulation operation are repeatedly executed in order. Here, for the sake of convenience, the modulation operation immediately after the first automatic light amount control operation is referred to as a first modulation operation, and the modulation operation immediately after the second automatic light amount control operation is referred to as a second modulation operation.
[0105]
In such a laser diode driving device 35S, during the first automatic light quantity control operation, the switch means 14A, the switch means 21A, 21B, and the switch means 25A are closed, and the switch means 14B, the switch means 21C, 21D, 21E, and the switch The means 25B, 25C, 25D are opened. The operation of the feedback loop in the first automatic light quantity control is the same as that in FIG. Further, the phase compensation of the error amplifier 12 by the phase compensation means 23 is performed using the capacitor 26A via the switch means 25A.
[0106]
When the output power of the laser diode 1 becomes stable at the target maximum light amount and the first automatic light amount control operation is switched to the first modulation operation, first, the switch means 14A and 25A are opened. Thereafter, the switch means 21A, 21B are opened, and the switch means 21C, 21E, 25C are closed. In the first modulation operation, the laser diode 1 is driven to emit light using the modulation current control voltage and the bias current control voltage charged in the sample hold circuits 13A and 13B. The error amplifier 12 has a voltage follower configuration, and is set to a state in which the bias current control voltage input to the error amplifier 12 via the switch means 21E is output from the error amplifier 12. Further, the phase compensation of the error amplifier 12 is performed using the capacitor 26C via the switch means 25C.
[0107]
As described above, by opening the switch means 14A and 25A prior to the other switch means, the capacitor 15A is caused by fluctuations in the control voltage caused by opening and closing of the other switch means and fluctuations in the internal voltage of the error amplifier 12 due to disconnection of the feedback loop. , The variation in the holding voltage of 26A can be reduced.
[0108]
When the first modulation operation is switched to the second automatic light amount control operation, the switch means 14B, 21A, 21B, and 25B are closed, and the switch means 14A, 21C, 21E, and 25C are opened. The operation of the feedback loop in the second automatic light quantity control is the same as that in FIG. 1 (first embodiment). The phase compensation of the error amplifier 12 by the phase compensation means 23 is performed using the capacitor 26B via the switch means 25B.
[0109]
Further, when the output power of the laser diode 1 becomes stable at the target light amount and the second automatic light amount control operation is switched to the second modulation operation, the switch means 14B and 25B are first opened. Thereafter, the switch means 21A, 21B are opened and the switch means 21C, 21D, 25D are closed. Even in the second modulation operation, the operation for modulating and outputting the drive current is the same as the first modulation operation. The error amplifier 12 has a voltage follower configuration, and is set to a state in which the modulation current control voltage input to the error amplifier 12 via the switch means 21D is output from the error amplifier 12. Further, the phase compensation of the error amplifier 12 is performed using the capacitor 26D via the switch means 25D.
[0110]
As described above, by opening the switch means 14B and 25B prior to the other switch means, the capacitor 15B is caused by fluctuations in the control voltage caused by opening and closing of the other switch means and fluctuations in the internal voltage of the error amplifier 12 due to disconnection of the feedback loop. , 26B can be reduced.
[0111]
With the above sequence, the connection of the capacitor of the phase compensation unit 23 is individually switched by the switch units 25A, 25B, 25C, and 25D during the first and second automatic light amount control operation periods or the first and second modulation periods. As a result, it is not necessary to recharge the capacitor of the phase compensation means 23 when each operation is switched. As a result, the time required for the automatic light quantity control operation can be greatly reduced.
[0112]
In addition, since the bias current control voltage input to the error amplifier 12 via the switch means 21E is set to be output from the error amplifier 12 during the first modulation operation, the first modulation operation starts. When the operation shifts to the second automatic light amount control operation, the output voltage of the error amplifier 12 changes at a continuous voltage value. Further, since the modulation current control voltage input to the error amplifier 12 via the switch means 21D is set to be output from the error amplifier 12 during the second modulation operation, the second modulation operation starts from the second modulation operation. When the automatic light quantity control operation 1 is started, the output voltage of the error amplifier 12 changes at a continuous voltage value.
[0113]
As a result, in the case of shifting from the modulation operation to the automatic light amount control operation, the fluctuation of the output voltage of the error amplifier 12 can be reduced and the time required for the automatic light amount control operation can be further shortened.
[0114]
The circuits shown in FIGS. 1 and 2 described in the first and second embodiments are examples of a circuit that automatically adjusts the bias current and the modulation current by sharing one error amplifier. In addition, a circuit that automatically adjusts the bias current and the modulation current by sharing one error amplifier is known. The present invention can be applied to a circuit that automatically adjusts a plurality of current values (for example, a bias current value and a modulation current value) in order by sharing one error amplifier as described above. The effect of can be obtained.
[0115]
1 and 2, the circuit surrounded by the chain line 27 corresponds to a circuit to be integrated. However, the phase compensation means 23 may be built in the error amplifier 12 or may be configured to be externally connected to the error amplifier 12. Here, in consideration of an increase in external parts and assembly due to external connection, it is preferable to incorporate all of the resistance of the phase compensation means 23, the switching means, and the capacitor. However, a capacitor is usually made by sandwiching an oxide film with polysilicon or metal wiring. Therefore, when a capacitor is built in as described above, the holding capacity per unit area is reduced, and other functional elements such as transistors are used. In comparison, the integration rate may be significantly reduced. For this reason, when the electric capacity to be held by the capacitor is large, it may be preferable to attach the capacitor externally.
[0116]
FIG. 1 shows an example in which the resistance, switching means, and capacitor of the phase compensation means 23 are all externally attached. FIG. 2 shows the case where only the capacitor is externally attached and the resistance and switching means are incorporated. An example is shown. For capacitors, the frequency characteristics of the feedback loop change depending on the magnitude of the load resistance of the receiver and the difference in the system in the feedback loop, so it is necessary to adjust the capacitance value according to the required equipment specifications. is there. As shown in FIG. 2, if only a capacitor is externally attached and a switch means is incorporated, a control circuit for switching control of the switch means for switching the capacitance value of the capacitor can also be incorporated in the error amplifier 12 for mounting. There is an advantage that the number of parts can be reduced.
[0117]
[Third Embodiment]
Referring to the drawings below The second Three embodiments will be described. FIG. 8 shows a configuration of a laser diode driving apparatus 100 that adjusts the light amount of the laser diode 101 to a single target level using a single feedback loop.
[0118]
The laser diode driving apparatus 100 is provided with a reference voltage generation circuit 108. The reference voltage generation circuit 108 divides a power supply voltage by a variable resistor 109 to obtain a desired reference voltage VR. A reference signal corresponding to the reference voltage VR is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 111 via the buffer means 110B and the switch means 120B.
[0119]
Further, the laser diode driving apparatus 100 is provided with a laser diode 101, and laser light output from the laser diode 101 is received by the photodetector 102. The optical monitor current output from the photodetector 102 is subjected to current-voltage conversion by the variable resistor 119, and monitor signals corresponding to the monitor voltage VM obtained by the conversion are sample hold circuit 105, buffer means 110A, switch means 120A. To the inverting input terminal of the error amplifier 111. The sample and hold circuit 105 includes a switch means 106 having one end connected to the output terminal of the variable resistor 119 and a capacitor 107 connected to the other end of the switch means 106 and grounded.
[0120]
In the error amplifier 111, error amplification is performed using the reference voltage VR and the monitor voltage VM, and a signal after error amplification (error amplified signal) is input to the sample hold circuit 112. The sample and hold circuit 112 includes a switch unit 113 having one end connected to the output end of the error amplifier 111 and a capacitor 114 connected to the other end of the switch unit 113 and grounded.
[0121]
When the switch unit 113 is closed, the error amplification signal from the error amplifier 111 is input to the non-inverting input terminal of the buffer unit 115. The output side of the buffer means 115 is connected to the inverting input terminal of the buffer means 115 and is connected to the non-inverting input terminal of the error amplifier 111 via the switch means 120D. The output side of the buffer means 115 is connected to the input terminal of the drive current output circuit 117. The output side of the error amplifier 111 is connected to the inverting input terminal of the error amplifier 111 via the switch means 120C.
[0122]
The configuration of the drive current output circuit 117 is the same as the configuration of the drive current output circuit 17A of the first embodiment (FIG. 4), and the configuration of the signal input circuit 116 is the configuration of the signal input circuit 19 of the first embodiment ( Since it is the same as FIG. 5), description is abbreviate | omitted.
[0123]
The drive current generated in the drive current output circuit 117 is set to correspond to an arbitrary laser light amount by adjusting the monitor voltage VM to coincide with the reference voltage VR in the automatic light amount control period. On the other hand, in the modulation period, the drive current is intensity-modulated in 16 steps according to the intensity-modulated data signal input from the signal input terminals 103A, 103B, 103C, and 103D, and the bias current supplied from the bias current output circuit 118 The current is added, and the laser diode 1 is driven to emit light by the drive current after the addition.
[0124]
Next, each operation mode selected by switching the switch means will be described. The opening / closing operation of the switch means 120A, 120B, 120C, 120D, 106, 113 is controlled by a switch signal output by a control device (not shown).
[0125]
First, the automatic light quantity control operation will be described.
[0126]
The automatic light quantity control operation is selected by closing the switch means 120A, 120B, 106, 113 and opening the switch means 120C, 120D. The photodetector 102 receives the light output output from the laser diode 101 and outputs a photocurrent corresponding to the light output. This photocurrent is converted from current to voltage by the variable resistor 119, and the monitor voltage VM is input to the inverting input terminal of the error amplifier 111 via the switch means 106, the buffer means 110A, and the switch means 120A. On the other hand, the reference voltage VR generated by the reference voltage generation circuit 108 is input to the non-inverting input terminal of the error amplifier 111 via the buffer means 110B and the switch means 120B.
[0127]
The error amplifier 111 compares the monitor voltage VM with the reference voltage VR, outputs a voltage VS corresponding to the difference, and charges the capacitor 114 via the switch means 113. The voltage VC charged in the capacitor 114 is input to the laser drive current output circuit 117 via the buffer means 115, and the current flowing through the current source is controlled as follows.
[0128]
For example, the output voltage VC ′ of the buffer means 115 is input to the terminal 42 of the laser drive current output circuit shown in FIG. 4, and the switch signal group 20A is all set to “H” by the signal input circuit 19, and the switch signal group 20B is set. By setting all to “L”, the current flowing through the current sources 40A, 40B, 40C, and 40D is controlled to flow through the laser diode 101 (FIG. 8) via the differential switch means 41A, 41B, 41C, and 41D. To do.
[0129]
Actually, a current obtained by superimposing the current output from the drive current output circuit 117 and the current output from the bias current output circuit 118 flows through the laser diode 101, and the laser diode 101 is driven by the superimposed current to emit light. This output light is received by the photodetector 102 and negatively fed back, whereby the light quantity of the laser diode 101 is adjusted to the target light quantity. The target light quantity can be adjusted by adjusting the reference voltage VR generated by the reference voltage generation circuit 108 or by adjusting the resistance value of the variable resistor 119 constituting the current-voltage conversion circuit. ing. When the drive current flowing through the laser diode 101 becomes stable, the switch 113 is opened, and the drive current control voltage VC at that time is held in the capacitor 114.
[0130]
When shifting from the automatic light amount control operation to the modulation operation, the switch means 113 is switched to the switch means 120A, in order to prevent the influence of the output voltage fluctuation of the error amplifier 111 caused by the switch means 120A, 120B, 120C, 120D being cut off. It is desirable to hold the drive current control voltage VC in the capacitor 114 by opening it before 120B, 120C, 120D.
[0131]
Simultaneously with the switch means 113, the switch means 106 of the sample hold circuit 105 is opened, and the monitor voltage VM output from the photodetector 102 at the end of the automatic light quantity control operation is held in the capacitor 107. By opening the switch means 106 of the sample hold circuit 105 simultaneously with the switch means 113, fluctuations in the monitor voltage VM can be prevented.
[0132]
Next, the modulation operation will be described. The modulation operation is performed as follows using the drive current control voltage VC held in the capacitor 114. This control voltage VC is input to the drive current output circuit 117 via the buffer means 115, and converted into 16 steps of modulation current by the external control signals of the intensity modulation signals 103A, 103B, 103C, 103D and the pulse width modulation signal 104. Then, the drive current flowing through the laser diode 101 is freely modulated by being added to the bias current.
[0133]
During the period during which this modulation operation is performed, the switch means 120A, 120B, 106, 113 are opened, and the switch means 120C and the switch means 120D are closed. Therefore, the error amplifier 111 operates as a voltage follower circuit that receives the control voltage VC ′ output from the buffer unit 115. That is, the control voltage VC output from the buffer unit 115 is input to the error amplifier 111 via the switch unit 120D, and the control unit VC is set to a state in which the control voltage VC is output from the error amplifier 111 by closing the switch unit 120C. . The capacitor 107 of the sample and hold circuit 105 holds a voltage that substantially matches the target monitor voltage VM.
[0134]
When the shift from the modulation operation to the automatic light amount control operation is performed, the capacitor 107 holds a voltage that substantially matches the target monitor voltage VM. Even when the light is turned off or the light is emitted with a low light quantity and the photocurrent output from the photodetector 102 is small, the monitor voltage input to the error amplifier 111 is a voltage that substantially matches the target monitor voltage VM. Since the voltage difference with the monitor voltage VM is very small, the delay in the rise of the monitor voltage can be reduced. Further, since the monitor voltage VM1 stored in the capacitor 107 charges the voltage at the connection end of the photodetector 102 and the variable resistor 119 via the switch means 105A, the optical monitor current-monitor voltage requiring a long convergence time. This has the effect of accelerating the convergence of the conversion unit.
[0135]
FIGS. 11A to 11C are waveform diagrams for explaining the operation of the laser diode driving apparatus 100. FIG. In FIGS. 11A to 11C, periods P2 and P4 indicate automatic light quantity control operation periods, and periods P1 and P3 indicate modulation operation periods.
[0136]
When shifting from the automatic light quantity control operation period P2 to the modulation operation period P3, the monitor signal of the photodetector 102 stabilized by the automatic light quantity control is supplied to the sample and hold circuit 105 as shown in the monitor voltage waveform of FIG. And is continuously output even during the modulation operation period P3. Thus, when the modulation operation period P3 shifts to the automatic light amount control operation period P4, the holding voltage VM of the capacitor 107 holds the voltage at the connection end of the photodetector 102 and the variable resistor 119 via the switch means 106. Since the monitor voltage charged with the voltage VM and the monitor voltage input to the error amplifier 111 substantially matches the target monitor voltage VM, it is possible to prevent a delay in the rise of the monitor voltage.
[0137]
Further, the output (FIG. 11B) of the error amplifier 111 having the voltage follower configuration with the control voltage VC held by the sample hold circuit 112 as an input is the control voltage from the automatic light quantity control operation period P2 to the modulation operation period P3. It is maintained as VC.
[0138]
Accordingly, since the fluctuation amount of the input / output terminal voltage of the error amplifier 111 when shifting from the modulation operation period P3 to the automatic light amount control operation period P4 is reduced, the laser light amount is quickly set to the target light amount, and the monitor The overshoot of the laser driving current due to the delay of the voltage rise can be greatly reduced.
[0139]
In addition, the transition from the modulation operation period P1 to the automatic light quantity control operation period P2 shown in FIG. 11 causes the laser diode 101 to emit light with the maximum light quantity immediately before the automatic light quantity control period P2, as is apparent from FIG. In this case, since the monitor voltage VM at the time of the previous automatic light amount control operation is held by the sample hold circuit 105 even during the modulation operation, regardless of the output light amount of the laser diode 101, the error amplifier 111 The fluctuation of the output voltage can be reduced.
[0140]
[Fourth Embodiment]
Next, as a fourth embodiment, a laser diode driving device provided with a plurality of driving current output circuits for driving a laser diode. Place explain. As the laser diode driving device, as in the optical disk driving device, two types of laser diode output lights having different reproduction light amounts and writing light amounts are required, and each driving current output circuit outputs different light outputs. Examples thereof include an apparatus.
[0141]
The laser diode driving device 100S shown in FIG. 9 has the same configuration as the laser diode driving device 100 of FIG. 8 described above, but the laser diode driving device 100S is provided with two drive current output circuits 117 and 117S. Among them, in order to set the drive current I1 generated by the drive current output circuit 117, a reference voltage generation circuit 108A and sample hold circuits 112A and 105A are provided, and the drive current I2 generated by the drive current output circuit 117S is obtained. In order to set, a reference voltage generation circuit 108B and sample hold circuits 112B and 105B are provided.
[0142]
That is, in the laser diode driving apparatus 100S, the first automatic light amount control operation for setting the driving current I1 generated by the driving current output circuit 117 and the second automatic light amount setting for setting the driving current I2 generated by the driving current output circuit 117S. A light amount control operation is performed.
[0143]
In the first automatic light quantity setting operation, the switch means 120A, 120B, 106A, 113A, 122A, 123A are closed, and the other switch means are opened, whereby the monitor voltage VM and the reference voltage VR1 generated by the reference voltage generation circuit 108A. Are compared by the error amplifier 111, and the amount of laser light defined by the resistance value of the variable resistor 119 and the reference voltage VR1 is set by negative feedback feedback control.
[0144]
At this time, the output voltage of the error amplifier 111 is charged in the capacitor 114A of the sample and hold circuit 112A, and the monitor output voltage related to the photodetector 102 is charged in the capacitor 107A of the sample and hold circuit 105A.
[0145]
When the light amount of the laser diode 101 is stabilized at the first target light amount, the switch means 106A and 113A are opened, and the monitor voltage VM1 of the photodetector 102 corresponding to the first target light amount is held in the sample hold circuit 105A. Then, the control voltage VC1 for obtaining the laser light amount corresponding to the first target light amount is held in the sample hold circuit 112A.
[0146]
In the second automatic light quantity control operation, the monitor means VM and the reference voltage generation circuit 108B are generated by closing the switch means 120A, 120B, 106B, 113B, 122B, 123B and opening the other switch means in the same manner as described above. The reference voltage VR2 is compared with the error amplifier 111, and the laser light quantity defined by the resistance value of the variable resistor 119 and the reference voltage VR2 is set by negative feedback feedback control.
[0147]
At this time, the output voltage of the error amplifier 111 is charged in the capacitor 114B of the sample hold circuit 112B, and the monitor output voltage related to the photodetector 102 is charged in the capacitor 107B of the sample hold circuit 105B.
[0148]
When the light quantity of the laser diode 101 is stabilized at the second target light quantity, the switch means 106B and 113B are opened, and the monitor voltage VM2 of the photodetector 102 corresponding to the second target light quantity is held in the sample hold circuit 105B. Then, the control voltage VC2 for obtaining the laser light amount corresponding to the second target light amount is held in the sample hold circuit 112B.
[0149]
The drive current during the modulation period is obtained by the drive current Is1 output from the laser drive current output circuit 117 using the control voltage VC1 obtained by the first automatic light quantity control operation, or by the second automatic light quantity control operation. When one of the drive currents Is2 output from the laser drive current output circuit 117S is selected using the control voltage VC2 and the laser diode 101 is driven, and when the laser diode 101 is driven with the combined current (Is1 + Is2) There is.
[0150]
In the modulation operation, the switch unit 120C is closed, one of the switch unit 120D1 and the switch unit 120D2 is closed, and the other switch units are opened.
[0151]
In this case, if the first automatic light amount control operation is performed after the modulation operation, the switch means 120C and 120D1 are closed, and the output voltage of the error amplifier 111 is changed during the modulation operation period immediately before the first automatic light amount control operation. The voltage held in the sample-and-hold circuit 112A (= the control voltage VC1 corresponding to the first target light amount) is made to substantially match.
[0152]
At the time of the first automatic light amount control operation, the switch means 106A, 122A are closed and the switch means 106B, 122B are opened, so that the input voltage of the buffer means 110A becomes the target light amount in the first automatic light amount control operation. The voltage substantially matches the corresponding monitor voltage VM1, and the delay in rising of the monitor voltage can be reduced. Further, since the monitor voltage VM1 stored in the capacitor 107 charges the voltage at the connection end of the photodetector 102 and the variable resistor 119 via the switch means 105A, the optical monitor current-monitor voltage requiring a long convergence time. This has the effect of accelerating the convergence of the conversion unit.
[0153]
Thereby, even when the laser light quantity at the end of the modulation operation period is low and the monitor voltage is small correspondingly, at the start of the first automatic light quantity control operation, the error amplifier is connected via the buffer means 110A and the switch means 120A. The voltage input to the inverting input terminal 111 is a voltage that substantially matches the monitor voltage VM1 corresponding to the target light amount in the previous first automatic light amount control operation, and is selected by closing the switch means 123A. Since it substantially coincides with VR1, the time required for the first automatic light quantity control operation can be greatly shortened.
[0154]
In addition, the same effect can be obtained by performing the same operation in the case where the second automatic light amount control operation is performed after the modulation operation.
[0155]
As described above, the fluctuation of the output voltage of the error amplifier 111 caused by the poor convergence of the monitor voltage input to the inverting input terminal of the error amplifier 111 can be greatly reduced, and the convergence time and overshoot of the monitor voltage can be shortened. There is a great effect in reducing the above.
[0156]
[Fifth Embodiment]
Next, as a fifth embodiment, a circuit of a laser diode driving device suitable for further shortening the automatic light quantity control period of the laser diode driving device 100S (FIG. 9) of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. To do.
[0157]
In the circuit configuration shown in FIG. 9, the switch means 106A and 106B are closed at the moment of switching from the modulation operation to the automatic light amount control operation, and the output terminal of the photodetector 102 and the terminals of the holding capacitors 107A and 107B are connected. In some cases, the monitor voltage at the moment when the automatic light quantity control operation is started becomes slightly unstable. The circuit shown in FIG. 10 stabilizes the monitor voltage.
[0158]
The operation of the circuit of FIG. 10 is determined by switching of the switch means 182A, 182B, 182C, 182D selected by the switch signals 183A, 183B, 183C, 183D.
[0159]
During the first automatic light quantity control operation, the switch means 182A, 182B, 182D are opened and the switch means 182C is closed. The output light of the laser diode is received by the photodetector 102, and the monitor voltage VM1 generated by the variable resistor 119 is sampled by the capacitor 171 via the switch means 182C.
[0160]
On the other hand, the gate voltage of the MOS transistor 186 is controlled by the operational amplifier 184, and the voltage at the connection terminal 190 between the resistor 185 and the MOS transistor 186 matches the monitor voltage VM1. The connection terminal 191 between the MOS transistor 186 and the resistor 187 is connected to the switch means 120A via the voltage terminal VM and the buffer means 110A of FIG. 9, and the voltage VM1 ′ at the connection terminal 191 is input to the error amplifier 111. The When the output light of the laser diode reaches the target value, the switch unit 182C is disconnected, and the final monitor voltage VM1 in the first automatic light quantity control period is held in the capacitor 171.
[0161]
In the modulation period immediately before the next first automatic light quantity control operation, the switch means 182A, 182B, 182C are opened and the switch means 182D is closed, whereby the final monitor voltage VM1 held in the capacitor 171 is changed to the operational amplifier 181A. Is input to the operational amplifier 184 via the switch means 182D. Since the operational amplifier 184 controls the gate voltage of the MOS transistor 186, the voltage at the connection terminal 190 between the resistor 185 and the MOS transistor 186 matches the monitor signal VM1, and the voltage at the connection terminal 191 between the MOS transistor 186 and the resistor 187. Corresponds to the monitor signal VM1 ′.
[0162]
Then, when shifting from the modulation operation to the first automatic light amount control operation, the switch unit 182D is opened again, and the switch unit 182C is closed instead. At this time, the fluctuation of the monitor voltage viewed from the monitor voltage terminal VM in FIG. 9 is smaller in the circuit configuration shown in FIG. 10 than in the circuit configuration shown in FIG. 9 (details will be described below). For this reason, it is possible to further reduce the overshoot.
Hereinafter, the fluctuation of the monitor voltage in each circuit of FIG. 9 and FIG. 10 will be specifically described by taking as an example a case where the laser diode is turned off during the modulation operation to shift to the automatic light amount control operation.
[0163]
In the case of the circuit of FIG. 9, when the laser diode 101 is turned off by the modulation operation, the current (PD current) flowing through the photodetector 102 is also zero, so that the connection end of the variable resistor 119 and the photodetector 102 Becomes 5 V (= power supply voltage), and the state shifts from this state to the automatic light quantity control operation. When the PD current during the automatic light quantity control operation is 0.1 mA and the resistance value of the variable resistor 119 is 10 kΩ, the monitor voltage VM is finally set to 4 V (= 5-10 kΩ × 0.1 mA).
[0164]
Here, assuming that the capacitance of the capacitor 107A is 1 nF and the sum of the capacitance of the photodetector 102 to be charged and the parasitic capacitance is 10 pF, when a potential difference of 1 V between 5 V and 4 V is charged, 0.01 V (= An error of 1 V × 10 pF / 1 nF occurs. That is, the voltage at the cathode portion of the photodetector 102 (= the voltage at the connection end of the variable resistor 119 and the photodetector 102) becomes 4.01V when switching from 5V during the modulation operation to the automatic light amount control operation. Then, it converges to 4V by the automatic light quantity control operation.
[0165]
On the other hand, in the circuit of FIG. 10, at the time of the modulation operation, for example, the voltage (== Since the final monitor voltage VM1) during the previous automatic light quantity control operation is output, even if the current (PD current) flowing through the photodetector 102 is zero, the voltage (= variable resistance) of the cathode portion of the photodetector 102 The voltage at the connection end of the detector 119 and the photodetector 102 becomes constant at the final monitor voltage VM1. That is, the voltage at the cathode portion of the photodetector 102 is maintained substantially constant at 4 V throughout the modulation operation, the switching to the automatic light amount control operation, and the automatic light amount control operation.
[0166]
As described above, the variation in the monitor voltage viewed from the monitor voltage terminal VM in FIG. 9 is smaller in the circuit configuration shown in FIG. 10 than in the circuit configuration shown in FIG.
[0167]
In the second automatic light amount control operation, the same effect can be obtained by opening and closing the switch means 182A and 182B in the same manner as described above.
[0168]
Further, by removing the circuit 189 shown in FIG. 10, the circuit shown in FIG. 10 can correspond to the circuit shown in FIG.
[0169]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, when the light quantity control period comes again, the phase compensation means already holds the internal voltage of the error amplifying means at the end of the previous light quantity control period. Therefore, there is no need to recharge the electric charge according to the phase compensation capacitor and the internal voltage of the error amplifying means, the time required for the light amount control operation can be shortened, and the fluctuation of the output voltage of the error amplifying means can be reduced. It is possible to make a shift to a stable light amount control operation with a small size.
[0170]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to shorten the time required for the light amount control operation and shift to a stable light amount control operation in the light amount control period for each of the plurality of reference values.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser diode driving apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a laser diode driving apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration example of an error amplifier.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration example of a drive current output circuit.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration example of a signal input circuit.
6A is a Bode diagram showing frequency-gain characteristics, and FIG. 6B is a Bode diagram showing frequency-phase characteristics.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating another circuit configuration example of the error amplifier.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a laser diode driving apparatus according to a third embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a laser diode driving apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a main part of a laser diode driving device according to a fifth embodiment.
11 is a graph for explaining the operation of the laser diode driving apparatus according to the third embodiment, in which (A) shows the transition of the monitor voltage VM, (B) shows the transition of the output voltage VH of the error amplifier, (C) is a graph which shows transition of the laser drive current I, respectively.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a conventional laser diode driving device that adjusts the light amount of a laser diode to a plurality of different target levels.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a conventional laser diode driving device that adjusts the light amount of a laser diode to a single target level.
14 is a graph for explaining the operation of the laser diode driving device of FIG. 13, in which (A) shows the transition of the monitor voltage VM, (B) shows the transition of the output voltage VH of the error amplifier, and (C). These are graphs showing the transition of the laser drive current I, respectively.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a laser driving circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-45980.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a laser driving circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-243137.
[Explanation of symbols]
1, 101 Laser diode
2,102 Photodetector
12, 111 Error amplifier
13A, 13B, 105, 112 Sample hold circuit
14A, 14B, 21A-21E, 25A-25D Switch means
106, 113, 120A to 120D switch means
15A, 15B, 26A-26D, 107, 114 Capacitor
17A, 17B, 117 Drive current output circuit
19, 116 Signal input circuit
23 Phase compensation means
35, 35S, 100, 100S Laser diode driving device

Claims (2)

レーザダイオードからのレーザ光を受光し該受光量に応じた検出値を出力する受光検出手段と、
前記受光検出手段により出力された検出値と所定の基準値とを比較して誤差増幅する誤差増幅手段と、
前記誤差増幅手段による誤差増幅後の出力値を保持する保持手段と、
前記保持手段により保持された前記出力値に基づいて前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、
を有するレーザダイオード駆動装置において、
前記レーザダイオードの発光量の検出値が前記所定の基準値に等しくなるときの該レーザダイオードの駆動電流値を設定するための光量制御期間に、前記誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する位相補償手段を設けたことを特徴とするレーザダイオード駆動装置。
A light receiving detection means for receiving laser light from a laser diode and outputting a detection value according to the amount of light received;
An error amplifying means for comparing and amplifying an error by comparing a detection value output by the light receiving detection means with a predetermined reference value;
Holding means for holding the output value after error amplification by the error amplification means;
Driving means for driving the laser diode based on the output value held by the holding means;
In a laser diode driving device having:
Electrically connected to a predetermined location in the error amplifying means during the light amount control period for setting the drive current value of the laser diode when the detected value of the light emission amount of the laser diode becomes equal to the predetermined reference value And a phase compensation means for performing phase compensation and holding the internal voltage of the error amplifying means.
レーザダイオードからのレーザ光を受光し該受光量に応じた検出値を出力する受光検出手段と、
前記受光検出手段により出力された検出値と所定の複数の基準値の各々とを比較して誤差増幅する誤差増幅手段と、
前記誤差増幅手段による誤差増幅後の出力値を保持する保持手段と、
前記保持手段により保持された前記出力値に基づいて前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、
を有するレーザダイオード駆動装置において、
前記レーザダイオードの発光量の検出値が各基準値に等しくなるときの該レーザダイオードの駆動電流値を設定するための各基準値毎の光量制御期間に、前記誤差増幅手段内の所定箇所に電気的に接続され位相補償を行うと共に該誤差増幅手段の内部電圧を保持する各基準値毎の位相補償手段を設けたことを特徴とするレーザダイオード駆動装置。
A light receiving detection means for receiving laser light from a laser diode and outputting a detection value according to the amount of light received;
An error amplification means for comparing and amplifying the detection value output by the light receiving detection means and each of a plurality of predetermined reference values;
Holding means for holding the output value after error amplification by the error amplification means;
Driving means for driving the laser diode based on the output value held by the holding means;
In a laser diode driving device having:
In a light amount control period for each reference value for setting the drive current value of the laser diode when the detected value of the light emission amount of the laser diode becomes equal to each reference value, electric power is supplied to a predetermined location in the error amplifying means. And a phase compensation means for each reference value for performing phase compensation and holding the internal voltage of the error amplification means.
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