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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuerschaltungen für eine Licht
aussendende Vorrichtung, und genauer auf eine Steuerschaltung von Licht
aussendenden Vorrichtungen zur Verwendung in optischer Kommunikation
mit einem digitalen Modulationsverfahren und eine Steuerschaltung
zum Stabilisieren der Lichtabgabe insbesondere im Bereich in Gegenwart
von Temperaturänderungen
usw.
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Beschreibung
der Hintergrundtechnik
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Als
Licht aussendende Vorrichtungen zur Verwendung in optischer Kommunikation
werden im Allgemeinen Laserdioden und LEDs betrachtet. Ein direktes
Modulationsverfahren zum Extrahieren der Lichtabgabe in Übereinstimmung
mit der Menge von einzuspeisenden Strömen, die diese Vorrichtungen verwenden,
wurde weithin benutzt, weil es einfach zu relativ geringen Kosten
realisiert werden kann.
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Diese
Licht aussendenden Vorrichtungen haben jedoch die Eigenschaft, dass
sich die Lichtabgabe im Verhältnis
zu Temperaturänderungen ändert. Insbesondere
in einer Laserdiode haben sowohl ihr Schwellenstrom als auch ihre
Steigungseffizienz (Lichtabgabeeffizienz) generell eine Temperaturänderungseigenschaft.
Daher ist in Gegenwart von Temperaturänderungen ein Verfahren zum
stabilisieren der Lichtabgabe in der Regel eingerichtet, um die Lichtabgabe
konstant zu machen. Zum Beispiel wird in der Laserdiodensteuerschaltung,
die in Semiconductor Devices for Optical Communication (Springer Verlag
Veröffentlichung),
Seite 184 beschrieben wird, und eine Laserdiodenssteuerschaltung,
die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-64441 beschrieben
wird, eine Fotodiode zur Überwachung
der Lichtabgabe auf der Rückseite
der Laserdiode zur Verfügung
gestellt, um die Lichtabgabe konstant zu halten, und auf der Grundlage
des Ausgangsstroms der Fotodiode wird eine Regelungssteuerung durchgeführt, um
die Lichtabgabe immer konstant zu machen. In diesen Steuerschaltungen
wird also ein Biasstrom der Laserdiode auf der Grundlage eines Mittelwerts
der Ausgabe einer Fotodiode zum Überwachen
geregelt. Auch die Steuerschaltungen zum Steuern der Stärke eines
Laserstroms, die in den US-Patenten 5,377,213 und 5,127,015 offenbart sind,
basieren auf dem Ansatz des Messens der Ausgabe der Laserdiode mit
einer Fotodiode. Ebenso wird in der Vorrichtung zur Steuerung der
Spitzenleistung eines Lasersenders der europäischen Patentamneldung EP-A-0
683 552 ein Teil des Laserausgabesignals verwendet und in einen
Uberwachungsstrom umgewandelt, und in der Lasersteuerung, die in
US 5,563,898 offenbart ist,
detektiert ein Licht empfangendes Element einen Teil der optischen Ausgabe
des Lasers als Durchschnittsleistung der optischen Ausgabe. In letzterem
US-Patent wird eine stabile Ausgabe der Laserdiode darüber hinaus
dadurch erreicht, dass der Steuerstrom mit Hilfe von temperaturempfindlichen
Dioden oder Widerständen angepasst
wird.
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In
den letzten Jahren hat als ein Verfahren zur optischen Kommunikation
die Anzahl der Fälle,
in denen ein Burstsignal gehandhabt wird, zugenommen. Im Burstsignal
ist jedoch die Markierungsrate (die Durchschnittsrate, zu der dieselbe
Logik erscheint) nicht konstant und es ist dadurch unmöglich, die
Lichtabgabe in einem Verfahren zur Steuerung des Biasstroms durch
den Mittelwert der Ausgabe der Fotodiode zur Überwachung konstant zu halten. Es
ist daher notwendig, einen Spitzenwert der Ausgabe der Fotodiode
zur Überwachung
zu detektieren. Um den Spitzenwert zu detektieren, ist eine Fotodiode
mit relativ hoher Geschwindigkeit notwendig. In der Hochgeschwindigkeitsfotodiode
ist ihr Licht empfangender Bereich relativ klein und daher ist es
in einem Schritt des Einbauens der Fotodiode auf der Rückseite
der Laserdiode als ein Modul in der Regel notwendig, die optische
Achse auszurichten, wodurch nachteilhafterweise die Kosten des Moduls
erhöht
werden und die Größenreduzierung
des Moduls begrenzt wird.
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Weiterhin
wird, wenn das Burstsignal gehandhabt wird, während einer Periode ohne Signal, der
in der Steuerschaltung verbrauchte Strom vorzugsweise minimiert.
Um dies zu erreichen, wird eine Hochgeschwindigkeits-APC-Schaltung
vorgeschlagen, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
7-154016 beschrieben wird. In dieser Hochgeschwindigkeits-APC-Schaltung
ist ein Verfahren zum Schalten des Stroms, der einer Laserdiode
zugeführt wird,
unter Verwendung einer Schaltung vom Typ Emitter-gekoppelt eingerichtet.
Diese Hochgeschwindigkeits-APC-Schaltung verwendet also einen analogen
Schalter, der mit einer Basis eines Transistors verbunden ist, zur
Verwendung als Stromquelle, die mit der Schaltung vom Typ Emitter-gekoppelt
verbunden ist, so aufgebaut, dass sie die Stromquelle auf der Basis
eines Stromsignals von der Fotodiode zur Überwachung während einer
Periode steuert, in der ein Signal da ist, und den analogen Schalter ändert, um
die Basis-Emitter-Spannung des Transistors zur Verwendung als die
Quelle während
einer Periode des Burstsignals ohne Signal auf 0 zu setzen, wodurch
der Stromverbrauch minimiert wird.
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In
der Regel ist es jedoch schwierig, den analogen Schalter mit einer
hohen Geschwindigkeit zu betreiben, weil seine Antwortrate begrenzt
ist. In einer Struktur wie in der der obigen Hochgeschwindigkeits-APC-Schaltung
ist es daher schwierig, die Steuerschaltung der Licht aussendenden
Vorrichtung akkurat vom ersten Bit des Burstsignals an sofort nach
dem Umschalten zu betreiben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der
Lage ist, Anderungen der Lichtabgabe einer Licht aussendenden Vorrichtung
aufgrund von Temperaturänderungen
zu stabilisieren.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
hat die vorliegende Erfindung die folgenden Eigenschaften.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung zum stabilen Steuern einer Licht aussendenden
Vorrichtung gerichtet, die eine Schaltoperation in Antwort auf ein
digital moduliertes elektrisches Signal durchführt, umfassend:
einen
Spannungsermittlungsteil zum Ermitteln der Anschlussspannung der
Licht aussendenden Vorrichtung,
einen Spitzenermittlungsteil,
um einen Spitzenwert der Ausgabe des Spannungsermittlungsteils zu
ermitteln und
einen Stromsteuerteil, um einen Steuerstrom der Licht
aussendenden Vorrichtung in Ubereinstimmung mit der Ausgabe des
Spitzenermittlungsteils zu steuern.
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In
Ubereinstimmung mit dem ersten Aspekt kann die Lichtabgabe stabilisiert
werden, ohne eine Fotodiode zur Überwachung
zu verwenden, und dadurch ist es möglich, eine hochzuverlässige Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung zu geringen Kosten zu erhalten.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in dem ersten Aspekt,
beinhaltet der Stromsteuerteil
einen Referenzspannungserzeugungsteil,
um eine Referenzspannung zu erzeugen, und einen Abweichungsermittlungsteil,
um eine Abweichung zwischen der durch den Referenzspannungs-Erzeugungsteil
erzeugten Referenzspannung und der Ausgabe des Spitzenermittlungsteils
zu ermitteln, und
der Steuerstrom der Licht aussendenden Vorrichtung wird
in Ubereinstimmung mit einem Ausgabesignal des Abweichungsermittlungsteils
gesteuert.
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In Übereinstimmung
mit dem zweiten Aspekt wird der Stromsteuerteil in einen Referenzspannungs-Erzeugungsteil
und einen Abweichungsermittungsteil geteilt, und dadurch ist es
möglich,
einen Vorteil zu erhalten, dass allein eine Änderung des Referenzspannungs-Erzeugungsteils
ausreicht, um eine Licht aussendende Vorrichtung eines unterschiedlichen
Typs zu verwenden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, im zweiten Aspekt, erzeugt
der Referenzspannungs-Erzeugungsteil eine Referenzspannung, die
den Änderungen
der Anschlussspannung der Licht aussendenden Vorrichtung mit Bezug
auf Temperaturänderungen
unter Bedingungen folgt, dass die Lichtabgabe der Licht aussendenden
Vorrichtung konstant gehalten wird.
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In Übereinstimmung
mit dem dritten Aspekt erzeugt der Referenzspannungs-Erzeugungsteil eine Referenzspannung,
die Änderungen
der Anschlussspannung der Licht aussendenden Vorrichtung in Bezug
auf Temperaturänderungen
folgt, und dadurch ist es möglich,
eine konstante Lichtabgabe in einem breiten Temperpaturbereich zu
erhalten.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, im dritten Aspekt, umfasst
der Referenzspannungserzeugungsteil eine Mehrzahl von Referenzspannungs-Erzeugungsquellen,
um jeweils eine Referenzspannung zu erzeugen, die den Änderungen
der Anschlussspannung der Licht aussendenden Vorrichtung mit Bezug
auf Temperaturänderungen
in einem eindeutigen Temperaturbereich folgt, und die Ausgangsreferenzspannung,
die von jeder der Referenzspannungs-Erzeugungsquellen erzeugt wurde, in Übereinstimmung
mit Umgebungstemperaturänderungen
schaltet.
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In Übereinstimmung
mit dem vierten Aspekt umfasst der Referenzerzeugungsteil eine Mehrzahl von
Referenzspannungs-Erzeugungsquellen, die die Ausgangsreferenzspannung,
die von jeder der Referenzspannungs-Erzeugungsquellen erzeugt wurde, in
Ubereinstimmung mit Umgebungstemperaturänderungen schaltet, und dadurch
kann sie flexibel angepasst werden, selbst wenn sich ein Tendenz
der Anschlussspannungseigenschaft zum Erhalten einer konstanten
Lichtabgabe mit Temperaturbereichen ändert.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung im zweiten Aspekt, umfasst der
Stromsteuerteil weiterhin einen Stromumgehungsteil, um einen Teil
des Steuerstroms der Licht aussendenden Vorrichtung zu umgehen,
um den Steuerstrom zu verringern.
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In
Ubereinstimmung mit dem fünften
Aspekt wird ein Stromumgehungsteil für den Stromsteuerteil zur Verfügung gestellt,
der eine Verringerung des Leistungsverbrauchs ermöglicht.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, im fünften Aspekt, wird das digital modulierte
elektrische Signal in Form eines Burstsignals eingegeben,
ein
Steuersignal wird bereitgestellt, um die Anwesenheit oder Abwesenheit
des Burstsignals mitzuteilen, und
der Stromumgehungsteil verringert
den Steuerstrom der Licht aussendenden Vorrichtung durch Umgehung
des Steuerstroms, wenn ihm vom Steuersignal die Abwesenheit des
Burstsignals mitgeteilt wird.
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In Übereinstimmung
mit dem sechsten Aspekt wird der Stromumgehungsteil in Antwort auf
das Steuersignal betrieben, das die Anwesenheit oder Abwesenheit
des Burstsignals mitteilt, wodurch eine Verringerung des Leistungsverbrauchs
nur während einer
Periode des Burstsignals ohne Signal ermöglicht wird.
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Gemäß einem
siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, im ersten Aspekt, wird
das digital modulierte elektrische Signal in Form eines Burstsignals eingegeben,
und eine Ladezeitkonstante des Spitzenerkennungsteils wird innerhalb
einer Periode der ersten mehreren Bits des Burstsignals gesetzt.
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In
Ubereinstimmung mit dem siebten Aspekt wird die Ladezeitkonstante
des Spitzenerkennungsteils auf etwa die Anzahl der Bits des Präambelsignals
gesetzt, und dadurch wird eine Stabilisierung der Lichtabgabe zum
Zeitpunkt der Startkommunikation nach einem langen Anhalten während einer
Präambelperiode
durchgeführt.
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Gemäß einem
achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, im siebten Aspekt, wird
eine Entladungszeitkonstante des Spitzenerkennungsteils auf einen
Wert gesetzt, der ausreichend größer als
eine Periode des Burstsignals ohne Signal ist.
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In Übereinstimmung
mit dem achten Aspekt wird die Entladezeitkonstante des Spitzenermittlungsteils
so gesetzt, dass sie im Vergleich zu einer Periode des Burstsignals
ausreichend groß ist,
und dadurch ist es möglich,
eine stabile Lichtabgabe vom Führungsbit
an für
ein Burstsignal nach einer zweiten Periode zu erhalten, sobald die
Kommunikation startet und das Burstsignal periodisch übertragen
wird.
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Ein
neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf eine
Steuerschaltung für
eine Licht aussendende Vorrichtung, um eine Licht aussendende Vorrichtung
gleichmäßig zu steuern,
die eine Schaltoperation in Antwort auf ein digital moduliertes
elektrisches Signal durchführt,
umfassend:
einen Spannungsermittlungsteil, um eine Anschlussspannung
der Licht aussendenden Vorrichtung zu ermitteln,
einen Mittelwertermittlungsteil,
um einen Mittelwert der Ausgabe des Spannungsermittlungsteils zu
ermitteln, und
einen Stromsteuerteil, um einen Steuerstrom
der Licht aussendenden Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausgabe
des Mittelwertermittlungsteils zu steuern.
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In Übereinstimmung
mit dem neunten Aspekt kann die Lichtabgabe stabilisiert werden,
ohne eine Fotodiode zur Überwachung
zu verwenden, und dadurch ist es möglich, eine hochzuverlässige Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung zu geringen Kosten zu erhalten.
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Gemäß einem
zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, im neunten Aspekt, beinhaltet
der Stromsteuerteil
einen Referenzspannungs-Erzeugungsteil
um eine Referenzspannung zu erzeugen, und
einen Abweichungsermittlungsteil,
um eine Abweichung zwischen der durch den Referenzspannungs-Erzeugungsteil
erzeugten Referenzspannung und der Ausgabe des Mittelwertermittlungsteils
zu ermitteln, und
steuert den Steuerstrom der Licht aussendenden Vorrichtung
in Ubereinstimmung mit einem Ausgabesignal des Abweichungsermittlungsteils.
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In Übereinstimmung
mit dem zehnten Aspekt wird der Stromsteuerteil in den Referenzspannungs-Erzeugungsteil
und den Abweichungsermittlungsteil geteilt, und dadurch ist es möglich, einen Vorteil
zu erhalten, das allein eine Änderung
des Referenzspannungs-Erzeugungsteils ausreicht, um eine Licht aussendende
Vorrichtung eines unterschiedlichen Typs zu verwenden.
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Gemäß einem
elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, im zehnten Aspekt, erzeugt
der Referenzspannungs-Erzeugungsteil eine Referenzspannung, die Änderungen
der Anschlussspannung der Licht aussendenden Vorrichtung mit Bezug
auf Temperaturänderungen
unter Bedingungen folgt, dass die Lichtausstrahlung der Licht aussendenden
Vorrichtung konstant gehalten wird.
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In Übereinstimmung
mit dem elften Aspekt erzeugt der Referenzspannungs-Erzeugungsteil eine Referenzspannung,
die Änderungen
der Anschlussspannung der Licht aussendenden Vorrichtung mit Bezug
auf Temperaturänderungen
folgt, und dadurch ist es möglich,
eine konstante Lichtabgabe in einem weiten Temperaturbereich zu
erhalten.
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Gemäß einem
zwölften
Aspekt der vorliegenden Erfindung, im elften Aspekt, umfasst der
Referenzspannungs-Erzeugungsteil eine Mehrzahl von Referenzspannungs-Erzeugungsquellen,
um jeweils eine Referenzspannung zu erzeugen, die den Änderungen
der Anschlussspannung der Licht aussendenden Vorrichtung mit Bezug
auf Temperaturänderungen
in einem eindeutigen Temperaturbereich folgt, und die Ausgangsreferenzspannung
schaltet, die von jeder der Referenzspannungs-Erzeugungsquellen
erzeugt wurde.
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In Übereinstimmung
mit dem zwölften
Aspekt umfasst der Referenzerzeugungsteil eine Mehrzahl von Referenzspannungs-Erzeugungsquellen, die
die Ausgangsspannung, die von jeder der Referenzspannungs-Erzeugungsquellen
erzeugt wurde, in Ubereinstimmung mit Umgebungstemperaturänderungen
schaltet, und dadurch ist sie flexibel anpassbar, selbst wenn eine
Tendenz der Anschlussspannungseigenschaft zum Erhalten einer konstanten
Lichtabgabe sich mit den Temperaturbereichen ändert.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlicher werden von der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie in Verbindung
mit der angehängten
Zeichnung genommen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein Schaltungsblockdiagramm, das die Struktur einer Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der internen Struktur des
Spannungsermittlungsteils, der in 1 gezeigt
ist, zeigt.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der internen Struktur eines
in 1 gezeigten Spitzenermittlungsteils zeigt.
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer internen Struktur
eines in 1 gezeigten Abweichungsermittlungsteils
zeigt.
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer internen Struktur
einer in 1 gezeigten variablen Stromquelle
zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, in dem die Anschlussspannungen Katode-Anode einer
Laserdiode mit Bezug auf die Umgebungstemperatur mit Lichtabgabe
der Laserdiodenkonstante gemessen und aufgezeichnet werden.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur eines in 1 gezeigten
Referenzspannungs-Erzeugungsteils zeigt.
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Struktur einer in 7 gezeigten
Spannungsquelle für
den niedrigen Temperaturbereich zeigt.
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9 zeigt
eine Ausgabespannungscharakteristik der Spannungsquelle für den in 8 gezeigten
niedrigen Temperaturbereich.
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10 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Struktur für eine in 7 gezeigte
Spannungsquelle für
Raumtemperatur zeigt.
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11 zeigt
eine Ausgabespannungscharakteristik der in 10 gezeigten
Spannungsquelle für
Raumtemperatur.
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12 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Struktur einer in 7 gezeigten
Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich zeigt.
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13 zeigt
eine Ausgabespannungscharakteristik der in 12 gezeigten
Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich.
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14 ist
ein Diagramm, das Spannungskurvenformen für jeden Teil der in 1 gezeigten Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung zeigt.
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15 ist
ein Graph, der eine Änderungscharakteristik
eines gesetzten Stromwerts der variierbaren Stromquelle mit Bezug
auf die Abweichungsspannung zeigt, die vom Abweichungsermittlungsteil ausgegeben
wird.
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16 ist
ein Graph, der eine Änderungscharakteristik
der Anschlussspannung mit Bezug auf einen zugeführten Strom der Laserdiode
zeigt.
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17 sind
Wellenformdiagramme, die eine Beziehung zwischen der Lichtabgabe
und der Anschlussspannung der Laserdiode zeigen, und die Ausgabe
des Spitzenermittlungsteils zum Zeitpunkt der Übertragung eines Burstsignals.
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18 ist
ein Schaltungsblockdiagramm, das die Struktur einer Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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19 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der internen Struktur eines
Stromumgehungsteils und einer variablen Stromquelle zeigt, die in 18 gezeigt
sind.
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20 sind
Wellenformdiagramme, die Wellenformen eines Eingabesignals an der
+Seite eines Differentialeingabeanschlusses und ein Signal zeigen,
das an einem Burststeuereingabeanschluss angelegt wird.
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21 ist
ein Schaltungsblockdiagramm, das die Struktur einer Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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22 ist
ein Graph, der einen Mittelwert zwischen der Anschlussspannung der
Laserdiode zum Zeitpunkt der Lichtabgabe und der Anschlussspannung
der Laserdiode im Aus-Zustand zeigt, wenn ein digital moduliertes
Stromsignal der Laserdiode zugeführt
wird, um die Lichtabgabe der Laserdiode konstant zu setzen, unter
Verwendung von Temperatur als ein Parameter.
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23(a) bis (c) sind Diagramme, die Eingabe/Ausgabewellenformen
der Laserdiode zeigen, wenn das digital modulierte Stromsignal der
Laserdiode zugeführt
wird.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist
ein Schaltungsblockdiagramm, das die Struktur einer Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 werden
in die Differentialeingabeanschlüsse 10a und 10b elektrische
Signale eingegeben, die digital moduliert sind und deren Polaritäten zueinander
entgegengesetzt sind. Es werden also ein elektrisches Signal mit
positiver Polarität
und ein elektrisches Signal mit negativer Polarität am Differentialeingabeanschluss 10a bzw.
dem Differentialeingabeanschluss 10b eingegeben. Die elektrischen
Signale, die an die Differentialeingabeanschlüsse 10a und 10b eingegeben
werden, werden jeweils für
die Basis der Transistoren zum Schalter 13 und 12 zur
Verfügung
gestellt. Emitter dieser Schalttransistoren 12 und 13 werden zusammen
verbunden, um durch eine variable Stromquelle 18 mit einem
Steueranschluss auf Erde gelegt zu werden. Ein Kollektor des Schalttransistors 12 ist
direkt mit einer Spannungszuleitung verbunden. Ein Kollektor des
Schalttransistors 13 ist durch eine Laserdiode 11,
die ein Beispiel für
eine Licht aussendende Vorrichtung ist, an die Spannungszuleitung
angeschlossen. Für
die Laserdiode 11 ist ihre Anodenseite mit der Spannungszuleitung
und ihre Katodenseite mit dem Kollektor des Schalttransistors 13 verbunden.
Die Katode der Laserdiode 11 ist auch mit einem Spannungsermittlungsteil 14 zum
Ermitteln der Anschlussspannung der Laserdiode 11 verbunden.
Die Ausgabe des Spannungsermittlungsteils 14 wird für einen
Spitzenermittlungsteil 15 zur Verfügung gestellt, der seinen Spitzenwert
ermittelt. Die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 wird
für einen
Eingabeanschluss eines Abweichungsermittlungsteils 16b zur
Verfügung
gestellt. Für
den anderen Eingabeanschluss des Abweichungsermittlungsteils 16b wird
eine Referenzspannung zur Verfügung gestellt,
die durch einen Referenzspannungserzeugungsteil 16a hervorgerufen
wird. Der Abweichungsermittlungsteil 16b ermittelt eine
Abweichung zwischen der Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 und
der Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a und
gibt ihn dann aus. Die Ausgabe des Abweichungsermittlungsteils 16b wird
für den Steueranschluss
der variablen Stromquelle 18 zur Verfügung gestellt. Der Referenzspannungserzeugungsteil 16a und
der Abweichungsermittlungsteil 16b bilden also einen Stromsteuerteil 16 zur
Steuerung eines Setzstroms der variablen Spannungsquelle 18 auf
der Grundlage der Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der internen Struktur des
in 1 gezeigten Spannungsermittlungsteils 14 zeigt.
In 2 umfasst der Spannungsermittlungsteil 14 einen
Eingabeanschluss 20 an den die Katode der Laserdiode 11 angeschlossen
ist, einen Emitter-Folger 21, an den der Eingabeanschluss 20 angeschlossen
ist, einen Differenzialverstärker 22,
der die Ausgabe des Emitter-Folgers 21 empfängt, einen
Emitter-Folger 23 der die Ausgabe des Differenzialverstärkers 22 empfängt, und
einen Ausgabeanschluss 24, der die Ausgabe des Emitter-Folgers 23 empfängt.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der internen Struktur des
in 1 gezeigten Spitzenermittlungsteils 15 zeigt.
In 3 umfasst der Spitzenermittlungsteil 15 einen
Eingabeanschluss 30, einen Operationsverstärker 31,
eine Diode 32, einen Kapazität 33, einen Feldeffekttransistor 34,
einen Ausgabeanschluss 35 und eine konstante Spannungsquelle 36.
Für den
Eingabeanschluss 30 wird die Ausgabe des Spannungsermittlungsteils 14 zur Verfügung gestellt.
Die Eingabe vom Eingabeanschluss 30 wird für die positive
Seite eines Eingabeanschlusses des Operationsverstärkers 31 zur
Verfügung
gestellt. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 31 wird durch
die Diode 32, die in Durchlassrichtung geschaltet ist,
für eine
Elektrode der Kapazität 33 zur
Verfügung
gestellt, und sie wird auch für
ein Gate des Feldeffekttransistors 34 zur Verfügung gestellt.
Die Kapazität 33,
deren andere Elektrode auf Masse gelegt ist, bildet eine Schaltung
zum Schalten eines Spitzenwerts. Der Feldeffekttransistor 34,
der mit der Konstantstromquelle 36 zusammenarbeitet, bildet
einen Source-Folger. Die Ausgabe dieses Source-Folgers wird für die negative
Seite des Eingabeanschlusses des Operationsverstärkers 31 zur Verfügung gestellt,
und sie wird auch für
den Ausgabeanschluss 35 zur Verfügung gestellt.
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer internen Struktur
des Abweichungsermittlungsteils 16b zeigt, der in 1 gezeigt
ist. In 4 wird für einen Eingabeanschluss 40 die
Ausgabe des Referenzspannungs-Erzeugungsteils 16a zur Verfügung gestellt,
und für
einen Eingabeanschluss 41 wird die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 zur
Verfügung
gestellt. Die Eingabe vom Eingabeanschluss 40 wird durch
einen Widerstand 45 für
die positive Seite eines Eingabeanschlusses eines Operationsverstärkers 42 zur
Verfügung
gestellt, und die Eingabe von einem Eingabeanschluss 41 wird
durch einen Widerstand 46 für die negative Seite des Eingabeanschlusses
des Operationsverstärkers 42 zur Verfügung gestellt.
Weiterhin wird an die positive Seite des Eingabeanschlusses des
Operationsverstärkers 42 eine
Offsetspannung durch einen Widerstand 48 von einer Spannungsquelle 43 angelegt.
Die Ausgabe des Operationsverstärkers 42 wird
für einen Ausgabeanschluss 44 zur
Verfügung
gestellt, und sie wird auch durch einen Rückführungswiderstand 47 an
die negative Seite des Eingabeanschlusses des Operationsverstärkers 42 zurückgeführt.
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der internen Struktur der
in 1 gezeigten variablen Stromquelle 18 zeigt.
In 5 umfasst die variable Spannungsquelle 18 einen
Steuereingabeanschluss 50, einen Transistor 51,
einen Lastwiderstand 52 und eine Konstantstromquelle 54.
Für den Steuereingabeanschluss 50 wird
die Ausgabe des Abweichungsermittlungsteils 16b als die
Steuerspannung zur Verfügung
gestellt. Der Steuereingabeanschluss 50 ist mit einer Basis
des Transistors 51 verbunden. Ein Emitter des Transistors 51 wird
durch den Lastwiderstand 52 an Erde gelegt. Ein Kollektor des
Transistors 51 wird mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt
von jedem Emitter der Transistoren 12 und 13 verbunden.
Weiterhin wird an den Kollektor des Transistors 51 die
Konstantstromquelle 54 angeschlossen. In dieser Struktur
bildet der Transistor 51 eine variable Stromquelle, um
einen Strom im Verhältnis
zur Steuerspannung zu entnehmen, die an seine Basis angelegt wird.
So eine variable Stromquelle ist mit einer Konstantstromquelle 54 parallel geschaltet,
wodurch die im Transistor 13 fließende Strommenge gesteuert
wird, d.h. die Laserdiode 11 gemäß der Steuerspannung.
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6 ist
ein Diagramm, in dem Katode-Anodeanschlussspannungen der Laserdiode 11 im
Bezug auf die Umgebungstemperatur mit konstanter Lichtabgabe der
Laserdiode 11 gemessen und aufgezeichnet sind. In 6 zeigen
die charakteristischen Kurven 61a, 61b, 61c und 61d die
Charakteristik der Anschlussspannung in Bezug auf Temperaturänderungen,
wenn die Ausgaben der Laserdiode 11, die durch eine optische
Phase extrahiert werden, konstant 1mW, 2mW, 3mW bzw. 4mW sind. Wenn die
Anschlussspannung der Laserdiode 11 VLD und ein Strom ILD
ist, gilt die Beziehung in der folgenden Gleichung (1). VLD ≅ (Eg/e) + ILD·Rs ... (1)
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In
der obigen Gleichung (1) ist Eg eine Bandabstandenergie, Rs ist
ein innerer Widerstandswert in der Durchlassrichtung und e ist eine
Menge von Elektronenladung.
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Wenn
sich die Temperatur ändert,
steigt die Bandabstandsenergie innerhalb der Laserdiode 11 mit
einer Verringerung der Temperatur an. Wie in 6 gezeigt
ist tendiert die Anschlussspannung der Laserdiode 11 im
niedrigen Temperaturbereich daher dazu, leicht anzusteigen. Andererseits
nimmt im hohen Temperaturbereich ein Potenzialabfall durch den inneren
Widerstand Rs der Laserdiode 11 zu, weil die Strommenge,
die benötigt
wird, um die Lichtabgabe konstant zu machen, zunimmt. Die Anschlussspannung
der Laserdiode 11 tendiert dabei dazu, zuzunehmen. Durch
diese Effekte treten die in 6 gezeigten
Tendenzen über
alle Temperaturbereiche auf.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur des in 1 gezeigten
Referenzspannungs-Erzeugungsteils 16a zeigt. In 7 umfasst
der Referenzspannungs-Erzeugungsteil 16a eine Spannungsquelle
für den
niedrigen Temperaturbereich 70, eine Spannungsquelle für Raumtemperatur 71,
eine Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72, einen analogen Schalter 73 und
einen Temperaturermittlungsteil 74. Der analoge Schalter 73 wechselt
selektiv, um die Referenzspannung auszugeben, die durch die Spannungsquelle für den niedrigen
Temperaturbereich 70, die Spannungsquelle für Raumtemperatur 71 und
die Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72 erzeugt wird. Der Temperaturermittlungsteil 74 ermittelt die
Umgebungstemperatur. Der analoge Schalter 73 wechselt selektiv
die Ausgaben der Spannungsquelle für den niedrigen Temperaturbereich 70,
der Spannungsquelle für
Raumtemperatur 71 und der Spannungsquelle für den hohen
Temperaturbereich 72 gemäß dem Temperaturbereich, der
durch den Temperaturermittlungsteil 74 ermittelt wird.
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Struktur der in 7 gezeigten
Spannungsquelle für
den niedrigen Temperaturbereich 70 ist. In 8 wird
die Spannungsquelle für
den niedrigen Temperaturbereich 70 durch eine Spannungsteilerschaltung
mit einem Thermistor 81 und einem in Serie geschalteten
Widerstand 82 gebildet.
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9 zeigt
eine Ausgabespannungskennlinie der Spannungsquelle für den niedrigen
Temperaturbereich 70, die in 8 gezeigt
ist. In 9 zeigt eine Kennlinie 91 die
Ausgabecharakteristik einer Spannungsquelle für den niedrigen Temperaturbereich 70 im
Verhältnis
zu Temperaturänderungen
im niedrigen Temperaturbereich. In 9 wird auch
die Charakteristik 61 der Anschlussspannung im niedrigen
Temperaturbereich mit konstanter Lichtabgabe der zu steuernden Laserdiode 11 (siehe 6)
gezeigt.
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10 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Strukturbeispiel der Spannungsquelle
für Raumtemperatur 71 zeigt,
die in 7 gezeigt ist. In 10 wird
die Spannungsquelle für
Raumtemperatur 71 durch eine Spannungsteilerschaltung mit
einem Widerstand 101 und einem Widerstand 102,
der in Serie geschaltet sind, gebildet.
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11 zeigt
eine Ausgabespannungscharakteristik der Spannungsquelle für Raumtemperatur, die
in 10 gezeigt ist. In 11 zeigt
eine Kennlinie 111 die Ausgabecharakteristik der Spannungsquelle
für Raumtemperatur 71 mit
Bezug auf Temperaturänderungen
bei Raumtemperatur. In 11 wird auch die Charakteristik 61 der
Anschlussspannung bei Raumtemperatur mit konstanter Lichtabgabe
der zu steuernden Laserdiode 11 (siehe 6) gezeigt.
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12 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Strukturbeispiel der in 7 gezeigten
Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72 zeigt. In 12 wird
die Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72 durch eine Spannungsteilerschaltung
mit einem Thermistor 121 mit positiver Charakteristik und
einem in Serie geschalteten Widerstand 122 gebildet.
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13 zeigt
eine Ausgabespannungscharakteristik der Spannungsquelle für den hohen
Temperaturbereich 72, wie in 12 gezeigt
ist. In 13 zeigt eine Kennlinie 131 die
Ausgabecharakteristik der Spannungsquelle für den hohen Temperaturbereich 72 mit
Bezug auf Temperaturänderungen im
hohen Temperaturbereich. In 13 wird
auch die Charakteristik 61 der Anschlussspannung im hohen Temperaturbereich
mit konstanter Lichtabgabe der zu steuernden Laserdiode 11 (siehe 6)
gezeigt.
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14 ist
ein Diagramm, das die Spannungswellenformen eines jeden Teils der
Steuerschaltung für
eine Licht aussendende Vorrichtung zeigt, die in 1 gezeigt
ist. In 14 zeigen die Wellenformen 141 und 142 die
Eingabespannungswellenformen der Differenzialeingabeanschlüsse 10a bzw. 10b.
Weiterhin zeigt eine Wellenform 142, die Potentialänderungen
im Katodenanschluss der Laserdiode 11. Weiterhin zeigt
eine Wellenform 144 eine Ausgabewellenform des Differenzialverstärkers 22 (siehe 2)
im Spannungsermittlungsteil 14. Weiterhin zeigt eine Wellenform 145 die
Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15.
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15 ist
ein Graph, der die Änderungscharakteristik
eines gesetzten Stromwerts der variablen Stromquelle 18 mit
Bezug auf die Abweichungsspannung zeigt, die vom Abweichungsermittlungsabschnitt 16b ausgegeben
wird. In 15 zeigt eine Kennlinie 151 die Änderungscharakteristik
des Stromwerts, der durch die variable Stromquelle 18 gesetzt
wird. In der Kennlinie 151 wird der zu setzende Stromwert
als Ir angenommen, wenn die Abweichungsspannung Vr ist. In diesem
Graph wird die Abweichungsspannung, die in der horizontalen Achse gesetzt
ist, in der folgenden Gleichung (2) gezeigt, wobei die Ausgabespannung
des Referenzspannungserzeugungsteils 16a, die an den Eingabeanschluss 40 angelegt
wird, die Ausgabespannung des Spitzenermittlungsteils 15,
die an den Eingabeanschluss 41 angelegt wird, und die Offsetspannung
innerhalb des Abweichungsermittlungsabschnitts 16b als
V40, V41 bzw. Vr angenommen werden. (V40 – V41)
+ Vr ... (2)
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16 ist
ein Graph, der eine Änderungscharakteristik
der Anschlussspannung im Bezug auf einen an die Laserdiode 11 angelegten
Strom zeigt. In 16 zeigt eine Kennlinie 161 die Änderungscharakteristik
der Anschlussspannung der Laserdiode 11. In der Kennlinie 161 tritt
die Anschlussspannung V1 auf, wenn der zugeführte Strom als Ir genommen
wird.
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Die
Operation der ersten Ausführungsform wird
unten beschrieben werden.
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Als
Erstes nehme man an, dass in einem Zustand, in dem Burstsignale,
die periodisch auftreten, in die Differenzialeingabeanschlüsse 10a und 10b eingegeben
werden, die Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a angepasst
wird, sodass die Ausgabespannung 145 des Spitzenermittlungsteils 15 gleich
der Ausgabespannung des Referenzspannungserzeugungsteils 16a ist.
In diesem Fall fließt
durch die Änderungscharakteristik
des gesetzten Stromwerts im Verhältnis
zur Abweichungsspannung, die in der Kennlinie 151 gezeigt
ist, ein Strom, der als der Stromwert Ir gezeigt ist, in der variablen
Stromquelle 18. In diesem Fall, wenn ein Signal, das an
den Differenzialeingangsanschluss 10a angelegt wird auf
einem hohen Pegel im Verhältnis zu
einem Signal ist, das an den Differenzialeingabeanschluss 10b angelegt
ist, geht der Schalttransistor 12 in den Aus-Zustand über, und
der Transistor 13 geht in den An-Zustand über. Daher
fließt
der Strom, der in der variablen Stromquelle 18 gesetzt
ist, in der Laserdiode 11; und dadurch sendet die Laserdiode 11 Licht
aus. Wenn andererseits ein Signal an den Differenzialeingangsanschluss 10a angelegt
wird, das auf einem niedrigen Pegel im Verhältnis zum Signal liegt, das
am Differenzialeingangsanschluss 10b anliegt, geht der
Schalttransistor 12 in den An-Zustand über, und der Transistor 13 geht
in den Aus-Zustand über.
Daher fließt
kein Strom in der Laserdiode 11, und dadurch geht das Licht
der Laserdiode 11 aus.
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Wenn
der Strom mit dem Stromwert Ir in der Laserdiode 11 fließt, wird
die Anschlussspannung V1 zwischen den Anschlüssen der Laserdiode 11,
wie in der Kennlinie 161 gezeigt ist. Wenn ein Quellenspannungspegel
als Vcc angenommen wird, ist die Spannung des Katodenanschlusses
der Laserdiode 11 (Vcc – V1), wie in der Wellenform 143 gezeigt.
Diese Spannung wird durch den Emitter-Folger 21 an den Differenzialverstärker 22 in
der nächsten
Stufe übermittelt.
Die Ausgabewellenform des Differenzialverstärkers 22 wird eine
Pulswellenform mit umgedrehten Phasen, wie in der Wellenform 144 gezeigt.
Die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 ermittelt und hält dann
einen Maximalwert der Ausgabe des Differenzialverstärkers 22 wie
in der Wellenform 145 gezeigt.
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Man
nehme als nächstes
einen Fall an, dass der Steuerstrom der Laserdiode 11 aufgrund
von Änderungen
in der Versorgungsspannung zum Beispiel abnimmt. Wie von der Stromspannungscharakteristik der
Laserdiode 11, die in der Kennlinie 161 gezeigt ist,
gesehen werden kann, nimmt in diesem Fall, wenn der Steuerstrom
der Laserdiode 11 vom Stromwert Ir abnimmt, auch ihre Anschlussspannung
ausgehend vom Spannungswert V1 ab. Als Antwort wird der Spitzenwert
der Ausgabe des Differenzialverstärkers 22 klein. Als
ein Ergebnis nimmt die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 einen
niedrigeren Spannungswert als seinen anfänglichen ein. In diesem Fall
ist die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 kleiner
als die Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a,
und dadurch nimmt die Ausgabe des Abweichungsermittlungsteils 16b vom
Spannungswert Vr zu. Als ein Ergebnis nimmt durch die in der Kennlinie 151 gezeigte
Charakteristik der der Laserdiode 11 zugeführten Strom
zu.
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Weiterhin
nimmt im gegenteiligen Fall, wenn der Steuerstrom der Laserdiode 11 vom
Stromwert Ir in einem stabilen Zustand zunimmt, seine Anschlussspannung
von V1 zu. Daher nimmt die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 einen
höheren
Spannungswert als seinen ursprünglichen
ein. Als ein Ergebnis nimmt die Ausgabe des Abweichungsermittlungsteils 16b einen
niedrigeren Spannungswert als den Spannungswert Vr ein, und dadurch
nimmt der der Laserdiode 11 zugeführte Strom ab.
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Auf
diese Weise kann in der Schaltungsstruktur gemäß der ersten Ausführungsform
gesehen werden, dass die Anschlussspannung der Laserdiode 11 so
gesteuert wird, dass sie immer der Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a folgt, und
die Größe des Steuerstroms
der Laserdiode 11 entsprechend festgelegt wird.
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Daher
kann die Lichtabgabe der Laserdiode 11 durch das Setzen
der Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a gleich
der Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15, die auf der
Basis der Anschlussspannung der Laserdiode 11 mit konstanter
Lichtabgabe ermittelt wird, konstant gemacht werden.
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Wie
in 7 gezeigt, umfasst der Referenzspannungserzeugungsteil 16a drei
Spannungsquellen 70 bis 72, und ist so strukturiert,
das er durch Schalten dieser drei Spannungsquellen 70 bis 72 in Übereinstimmung
mit den Bereichen der Umgebungstemperatur geschaltet wird, die durch
den Temperaturermittlungsabschnitt 74 ermittelt werden.
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Im
niedrigen Temperaturbereich wird zuerst die Spannungsquelle für den niedrigen
Temperaturbereich 70 durch den analogen Schalter 73 zur
Verwendung ausgewählt.
Wie in 6 gezeigt, nimmt die Anschlussspannung der Laserdiode 11 mit
Bezug auf Temperaturänderungen
bei konstanter Lichtabgabe zu, wenn die Temperatur fällt. Wie
in 8 gezeigt ist, wird die Spannungsquelle für den niedrigen Temperaturbereich 70 durch
die Verwendung eines Thermistors 81 gebildet, dessen Widerstandswert zunimmt,
wenn die Temperatur fällt.
Daher ist die Ausgangsspannungscharakteristik der Spannungsquelle
für den
niedrigen Temperaturbereich 70, wie in 9 als
die Kennlinie 91 gezeigt, stark analog zur Anschlussspannungscharakteristik 61 der
Laserdiode 11 mit ihrer Lichtabgabe konstant im niedrigen Temperaturbereich.
In diesem Fall kann eine Steuerschaltung für eine Licht aussendende Vorrichtung
erhalten werden, die in der Lage ist, die Lichtabgabe im niedrigen
Temperaturbereich annähernd
konstant zu machen.
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Als
nächstes
wird im Raumtemperaturbereich die Spannungsquelle für Raumtemperatur 71 zur
Verwendung durch den analogen Schalter 73 ausgewählt. Wie
in 6 gezeigt, ist die Anschlussspannung der Laserdiode 11 mit
Bezug auf Raumtemperaturveränderungen
mit konstanter Lichtabgabe in einem annähernd flachen Zustand im Raumtemperaturbereich.
Wie in 10 gezeigt, wird die Spannungsquelle
für Raumtemperatur 71 als
eine konstante Spannungsquelle unter Verwendung fester Widerstände 101 und 102 gebildet.
Daher ist die Ausgangsspannungscharakteristik der Spannungsquelle für Raumtemperatur 71,
wie in 11 als die Kennlinie 111 gezeigt,
stark analog zur Anschlussspannungscharakteristik 61 der
Laserdiode 11 mit konstanter Lichtabgabe im Raumtemperaturbereich.
In diesem Fall kann eine Steuerschaltung für eine Licht aussendende Vorrichtung
erhalten werden, die in der Lage ist, die Lichtabgabe im Raumtemperaturbereich annähernd konstant
zu machen.
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Als
nächstes
wird im hohen Temperaturbereich die Spannungsquelle für den hohen
Temperaturbereich 72 durch den analogen Schalter 73 zur Verwendung
ausgewählt.
Wie in 6 gezeigt, Nimmt die Anschlussspannung der Laserdiode 11 im Verhältnis zu
Temperaturänderungen
mit konstanter Lichtabgabe zu, wenn die Temperatur ansteigt. Wie in 12 gezeigt,
wird die Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72 durch Verwendung des Thermistors 121 mit
positiver Charakteristik gebildet, dessen Widerstandswert zunimmt,
wenn die Temperatur zunimmt. Daher ist die Ausgabespannungscharakteristik
der Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72, wie in 13 als
die Kennlinie 131 gezeigt, stark analog zur Anschlussspannungscharakteristik 61 der
Laserdiode 11 mit ihrer Lichtabgabe konstant im hohen Temperaturbereich.
In diesem Fall kann eine Steuerschaltung für eine Licht aussendende Vorrichtung
erhalten werden, die in der Lage ist, die Lichtabgabe im hohen Temperaturbereich
annähernd
konstant zu machen.
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Wie
oben beschrieben, gemäß der ersten Ausführungsform,
ist es möglich,
eine Steuerschaltung für
eine Licht aussendende Vorrichtung zu realisieren, die die Lichtabgabe über einen
großen
Temperaturbereich vom niedrigen Temperaturbereich bis zum hohen
Temperaturbereich annähernd
konstant macht. Wenn die Lichtabgabe als konstant genommen wird,
variiert die Charakteristik der Anschlussspannung der Laserdiode 11 im
Verhältnis
zu Temperaturänderungen
gemäß der internen
Struktur und der Zusammensetzung der Laserdiode 11. Daher
ist es bevorzugt, dass eine Messung für jeden Typ der zu steuernden
Laserdiode 11 zur Prüfung
ihrer Charakteristik ausgeführt
wird. Obwohl weiterhin der Referenzspannungserzeugungsteil 16a in
der obigen ersten Ausführungsform
dazu angepasst ist, zu schalten, um die Referenzspannung auszugeben, die
durch die Spannungsquelle für
den niedrigen Temperaturbereich 70, die Spannungsquelle
für Raumtemperaturbereich 71 und
die Spannungsquelle für
den hohen Temperaturbereich 72 erzeugt wird, kann allein
irgendeine der Spannungsquellen verwendet werden, wenn die Laserdiode 11 in
einer relativ stabilen Temperaturumgebung verwendet wird.
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Als
nächstes
wird unten ein bevorzugtes Einstellungsbeispiel für eine Ladungs/Entladungszeitkonstante
der Kapazität
beschrieben, zum Halten der Spannung 33 im Spitzenermittlungsteil 15.
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17 sind
Wellenformdiagramme, die ein Verhältnis zwischen der Lichtabgabe
und der Anschlussspannung der Laserdiode 11 und die Ausgabe
des Spitzenermittlungsteils 15 zum Zeitpunkt der Ubertragung
eines Burstsignals zeigen. In 17 zeigt
eine Wellenform 171 die Lichtabgabe der Laserdiode 11 an,
eine Wellenform 172 zeigt die Anschlussspannung der Laserdiode 11 an,
eine Wellenform 173 zeigt die Anschlussspannung mit ihren durch
den Spannungsermittlungsteil 14 umgekehrten Phasen an,
und eine Wellenform 174 zeigt die Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15 an.
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In
dem Fall, dass ein Zustand ohne Signal während einer relativ langen
Zeitperiode angedauert hat, sind zum Zeitpunkt, in dem die Kommunikation startet,
alle Elektronenladungen, die in der Kapazität zum Halten der Spannung 33 des
Spit zenermittlungsteils 15 angesammelt sind, in einem Entladezustand.
In diesem Zustand gibt der Spitzenermittlungsteil 15 den
Minimalwert im anfangs auszugebenden Bereich aus. Der Abweichungsermittlungsteil 16b vergleicht
die Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a mit
der Ausgabe des Spitzenermittlungsteils 15, um ein Steuersignal
an die variable Stromquelle 18 zu bestimmen. Da die Ausgabe
des Spitzenermittlungsteils 15 der Minimalwert ist, arbeitet
der Abweichungsermittlungsteil 16b so, dass er den Steuerstrom
der Laserdiode 11 maximiert. Daher wird wie in der Wellenform 171 dargestellt
die Lichtabgabe der Laserdiode 11 beim Führungsbit
des Burstsignals größer im Verhältnis zum
zu setzenden Ausgabepegel. In Ubereinstimmung mit dieser Lichtabgabe
wird die Anschlussspannung 172 der Laserdiode 11 in
der Amplitude groß.
Wie weiterhin in der Wellenform 173 dargestellt, wird die
Ausgabe des Spannungsermittlungsteils 14 bei seinem Führungsbit
in der Amplitude groß.
Hier wird eine Ladungszeitkonstante der Kapazität zum Halten der Spannung 33 im
Spitzenermittlungsteil 15 in etwa auf eine Präambelperiode
von mehreren Bits gesetzt, die am Anfang des Burstsignals geliefert
werden. Der Spitzenermittlungsteil 15 lädt sich also in der Periode
der ersten paar Bits des Burstsignals weiterhin auf. Dann kann im
Beispiel dieser Zeichnung eine stabile Ausgabe vom Spitzenermittlungsteil 15 nach
8 Bits erhalten werden. In Übereinstimmung
mit der Ladung im Spitzenermittlungsteil 15 kann auch mit
Bezug auf die Lichtabgabe 171 eine stabile Abgabe nach
8 Bits an erhalten werden.
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Wenn
als nächstes
Kommunikationen starten, treten Burstsignalübertragungen periodisch auf. Im
Verhältnis
zu dieser Periode wird die Entladezeitkonstante der Kapazität zum Halten
der Spannung 33 im Spitzenermittlungsteil 15 so
gesetzt, dass sie ausreichend groß ist. Wenn die Entladezeitkonstante so
gesetzt wird, dass sie als solche groß ist, wird der Wert der Spannung,
der einmal in der Kapazität 33 gehalten
wurde, auch in einer Periode des nachfolgenden Burstsignals gehalten.
Daher kann auch im Führungsabschnitt
des Burstsignals, das periodisch Auftritt, stabile Lichtabgabe von
den ersten Bits erhalten werden.
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Wie
oben beschrieben ist es gemäß der ersten
Ausführungsform
möglich,
die Lichtabgabe über einen
großen
Temperaturbereich konstant zu halten, ohne eine Photodiode zur Überwachung
zu verwenden, wodurch eine Kostenreduktion und eine Verkleinerung
eines optischen Moduls ermöglicht
wird. Weiterhin wird der Referenzspannungserzeugungsteil 16a in
Ubereinstimmung mit der Charakteristik der zu steuernden Laserdiode 11 konstruiert,
die Charakteristik der Anschlussspannung mit Bezug auf Temperaturänderungen
also mit konstanter Lichtabgabe, und dadurch ist es möglich, wenn
ein Typ der Laserdiode 11 unterschiedlich ist und somit
wenn ihre Charakteristik unterschiedlich ist, die Referenzspannung entsprechend
zu erzeugen, und dadurch eine Steuerschaltung für eine Licht aussendende Vorrichtung zu
realisieren, die für
eine allgemeine Verwendung vorbereitet ist.
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(Zweite Ausführungsform)
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18 ist
ein Schaltungsdiagramm, das die Struktur einer Steuerschaltung für eine Licht
aussendende Vorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 18 hat
die Steuerschaltung für
eine Licht aussendende Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
die gleiche Struktur wie diejenige der Steuerschaltung für eine Licht
aussendende Vorrichtung in 1, mit Ausnahme
der folgenden Punkte, und die gleichen Bezugszeichen werden entsprechenden
Teilen gegeben und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Die vorliegende
Ausführungsform
unterscheidet sich von der Steuerschaltung für Licht aussendende Vorrichtungen
in 1 darin, dass ein Burststeuerungseingabeanschluss 180 und
ein Stromumgehungsteil 181 neu hinzugefügt werden, und dass eine variable
Stromquelle 182 anstelle der variablen Stromquelle 18 in 1 zur
Verfügung
gestellt wird.
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Der
Stromumgehungsteil 181 steuert die variable Stromquelle 182,
um einen Strom zu senken, der an die Laserdiode 11 während einer
Periode ohne Eingabe des Burstsignals angelegt wird. Die variable
Stromquelle 182 ändert
den Steuer stromwert in Zusammenarbeit mit dem Stromumgehungsteil 181 gemäß der Anwesenheit
oder Abwesenheit des Burstsignals.
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1)
ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer inneren Struktur
des Stromumgehungsteils 181 und die variable Stromquelle 182 zeigt,
die in 18 gezeigt sind. In 19 umfasst der
Stromumgehungsteil 181 einen Transistor 1811 und
einen Widerstand 1812. Angeschlossen an eine Basis des
Transistors 1811 ist ein Burst-Steuereingabeanschluss 180.
Ein Emitter des Transistors 1811 ist durch den Widerstand 1812 an
Erde gelegt. Die variable Stromquelle 182 umfasst einen
Transistor 51, einen Widerstand 52, eine Konstantstromquelle 54 und
erste und zweite Stromspiegelschaltungen 1821 und 1822.
An den Steuereingabeanschluss 50 wird die Ausgabe des Abweichungsermittlungsteils 16b als
eine Steuerspannung gegeben. Der Steuereingabeanschluss 50 ist
an eine Basis des Transistors 51 angeschlossen. Ein Emitter
des Transistors 51 ist durch den Lastwiderstand 52 an
Erde gelegt. Verbunden mit einem Kollektor des Transistors 51 ist die
Konstantstromquelle 54. Der Kollektor des Transistors 51 ist
an ein Eingabeende der ersten Stromspiegelschaltung 1821 angeschlossen.
Ein Ausgabeende der ersten Stromspiegelschaltung 1821 ist
an ein Eingabeende der zweiten Stromspiegelschaltung 1822 angeschlossen.
Ein Ausgabeende der zweiten Stromspiegelschaltung 1822 ist
mit jedem Emitter der Transistoren 12 und 13 verbunden.
Die zweite Stromspiegelschaltung 1822 ist so strukturiert,
das n Transistoren auf der Laserdiodensteuerseite parallel verbunden
sind.
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20 zeigt
ein Eingabesignal 201 an den Differenzialeingabeanschluss 10a an
der Plusseite und ein Signal 202, das an den Burst-Steuerungseingabeanschluss 180 angelegt
wird. Das Signal 202, das an den Burst-Steuerungseingabeanschluss 180 angelegt
wird, ist ein Signal, das einen niedrigen Pegel annimmt, wenn ein
Burstsignal eingegeben wird, während
es einen hohen Pegel annimmt, wenn ein Burstsignal nicht eingegeben
wird.
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Die
Operation der zweiten Ausführungsform wird
unten beschrieben. An den Steuereingabeanschluss 50 der
variablen Stromquelle 182 wird ein Steuersignal gegeben,
das nach dem Prinzip bestimmt wird, das in der ersten Ausführungsform
beschrieben wurde. Durch diese Eingabe fließt ein Strom i3 in der ersten
Stromspiegelschaltung 1821.
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Wenn
ein Burstsignal, das periodisch auftritt, eingegeben wird, nimmt
das Signal 202, das an den Burst-Steuereingabeanschluss 180 angelegt
wird, einen niedrigen Pegel an. In diesem Fall geht im Stromumgehungsteil 181 der
Transistor 1811 in den Aus-Zustand und der Strom fließt nicht.
Die Menge an Strom i1, die im Stromumgehungsteil 181 fließt, wird
also 0. Ein Strom i2, der in die zweite Stromspiegelschaltung 1822,
fließt
nimmt einen Weit an, der durch Subtrahieren des Stroms i1, der durch
den Stromumgehungsteil 181 umgangen wird, von einem Strom
i3 erhalten wird, der aus der ersten Stromspiegelschaltung 1821 fließt. In diesem
Fall, da i1 = 0, ist der Strom i2 gleich dem Strom i3. Dann fließt ein Strom
i4, der durch Multiplizieren des Stroms i2 mit n erhalten wird,
in der Laserdiode 11.
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Mit
Bezug auf den Stromwert i3, der durch das Steuersignal bestimmt
wird, das an den Steuereingabeanschluss 50 der variablen
Stromquelle 182 gegeben wird, erfüllt der Strom i4 in der Laserdiode 11 also
die Beziehung in der folgenden Gleichung (3). i4 = n·i3 ... (3)
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Als
nächstes
wird, wenn kein Burstsignal eingegeben wird, an den Burst-Steuereingabeanschluss 180 das
Signal 202 mit einem hohen Pegel angelegt. In diesem Fall
wird das Hochpegelsignal an den Basisanschluss des Transistors 1811 im
Stromumgehungsteil 181 angelegt, und dadurch fließt der Strom i1
im Stromumgehungsteil 181. Da der Strom i3, der vom ersten
Stromspiegel 1821 fließt
konstant ist, ist i2 ein Strom, dessen Wert durch Subtrahieren von
i1 von i3 erhal ten wird. Der Strom i4, der in der Laserdiode 11 fließt, nimmt
einen Wert an, der durch Multiplizieren des Stroms i2 mit n erhalten
wird, und daher nimmt der Strom i3 einen Wert an, der in der folgenden
Gleichung (4) gezeigt wird. i4 = n·(i3 – i1) ... (4)
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Wenn
hier der Strom i1 und der Strom i3 so gesetzt werden, dass sie ungefähr den selben
Stromwert annehmen, ist der Wert des Stroms i4 ungefähr 0, was
eine Verringerung in den Strommengen als eine Steuerschaltung Licht
aussendender Vorrichtungen ermöglicht.
Um eine Hochgeschwindigkeitsantwort vom ersten Bit an des Burstsignals
zu ermöglichen,
ist es vorzuziehen, eine kleine Menge von Strömen als den Strom i4 fließen zu lassen.
Daher ist es vorzuziehen, den Strom i3 ein wenig größer als
den Strom i1 zu setzen.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
den Fall zu behandeln, in dem eine große Menge von Strömen als der
Steuerstrom der Laserdiode 11 benötigt wird, indem das oben beschriebene
n groß gesetzt
wird.
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Wenn
kein Burstsignal eingegeben wird, ist es notwendig, die Entladezeitkonstante
des Spitzenermittlungsteils 15 ausreichend groß zu setzen,
sodass das Steuersignal vom Abweichungsermittlungsteil 16b sich
nicht ändern
kann.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der zweiten
Ausführungsform
ein Steuerstrom an die Laserdiode 11 nur während einer
Periode angelegt, in der ein Burstsignal eingegeben wird, wohingegen
Stromumgehung durchgeführt
wird während
einer Periode ohne Eingabe des Burstsignals, wodurch eine Reduzierung
in ihrem Leistungsverbrauch ermöglicht
wird. Weiterhin ist es möglich,
den Stromwert zu verringern, ohne einen analogen Schalter zum Schalten
zu verwenden, wodurch eine Hochgeschwindigkeitsantwort vom Beginn
des Burstsignals an ermöglicht
wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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21 ist
ein Schaltungsblockdiagramm, das die Struktur einer Steuerschaltung
für eine
Licht aussendende Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 21 ist
die Struktur der vorliegenden Ausführungsform gleich derjenigen
der ersten Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist, mit der Ausnahme der folgenden
Punkte, und dieselben Bezugszeichen werden für entsprechende Abschnitte
gegeben und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Die vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass anstelle
des Spannungsermittlungsteils 14 und des Spitzenermittlungsteils 15 in 1 ein
Spannungsermittlungsteil 211 und ein Mittelwertermittlungsteil 212 zur
Verfügung gestellt
werden. Der Spannungsermittlungsteil 211 wird aus einem
Operationsverstärker
gebildet. Der Mittelwertermittlungsteil 212 wird aus einem
Tiefpassfilter gebildet. Der Spannungsermittlungsteil 211,
dessen Eingabeende mit einer Katode der Laserdiode 11 verbunden
ist, ermittelt die Spannung des Katodenanschlusses der Laserdiode 11.
Der Mittelwertermittlungsteil 212 dessen Eingabeende mit einem
Ausgabeende des Spannungsermittlungsteils 211 verbunden
ist, gibt einen Mittelwert der Ausgabe des Spannungsermittlungsteils 211 aus.
Es wird angenommen, dass eine Absperrungsfrequenz des Tiefpassfilters,
der den Mittelwertermittlungsteil 212 bildet, ausreichend
niedrig gesetzt wird, verglichen mit einer Frequenzkomponente eines
zu übertragenden
Bitstroms. Ein Ausgabeende des Mittelwertermittlungsteils 212 ist
mit einem Eingabeende des Abweichungsermittlungsteils 16b verbunden.
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22 ist
ein Graph, der einen Mittelwert 223 zwischen einer Anschlussspannung 221 und
einer Einsparung der Laserdiode 11 zum Zeitpunkt der Lichtaussendung
und einer Anschlussspannung 22 der Laserdiode 11 im
Aus-Zustand beschreibt, wenn ein digital moduliertes Stromsignal
in die Laserdiode 11 zugeführt wird, um die Lichtabgabe
der Laserdiode 11 konstant zu setzen unter Verwendung der
Temperatur als ein Parameter.
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23(a) bis 23(c) sind
Diagramme, die Eingabe-/Ausgabewellenformen der Laserdiode 11 zeigen,
wenn das digital modulierte Stromsignal in die Laserdiode 11 eingegeben
wird. 23(a) zeigt den in die Laserdiode 11 eingegebenen
Strom an, 23(b) zeigt die Anschlussspannung
der Laserdiode 11 an, und 23(c) gibt
die Lichtabgabe der Laserdiode 11 an.
-
Als
nächstes
wird die Operation der dritten Ausführungsform beschrieben werden.
Das digital modulierte elektrische Signal, das die vorliegende Ausführungsform
verarbeitet, nimmt im Gegensatz zur ersten Ausführungsform nicht eine Form
eines Burstsignals an, sondern wird nacheinander eingegeben. Wenn
ein digital modulierter Strom wie in 23(a) gezeigt
in die Laserdiode 11 eingegeben wird, ist ihre Lichtabgabe
so wie in 23(c) gezeigt. In diesem Fall
kann als die Anschlussspannung der Laserdiode 11 eine Wellenform
wie in 23(b) gezeigt erhalten werden,
die einen hohen Pegel annimmt, wenn Licht ausgesendet wird, während sie
einen niedrigen Pegel annimmt, wenn das Licht ausgeht (gewisse Spannungen
treten jedoch unter dem Einfluss von Restträgern auf).
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Ein
Graph der Anschlussspannung 221, wenn Licht ausgesendet
wird, und Anschlussspannung 222, wenn das Licht aus ist,
zeigt in 22 die Temperaturänderungscharakteristiken
von Hoch- und Niederpegelspannungen der Spannungswellenform an,
die in 23(b) gezeigt ist, wenn die Lichtabgabe,
die in 23(c) gezeigt ist, konstant gehalten
wird. Dann wird ein Mittelwert 223 als der Mittelwert dieser
beiden Charakteristiken definiert. Es kann also gesehen werden,
dass, wenn ein Mittelwert der Anschlussspannung der Laserdiode 11 gleich
der Spannungscharakteristik gemacht werden kann, die durch den Mittelwert 223 gezeigt
ist, die Lichtabgabe selbst mit Temperaturveränderungen konstant gemacht
werden kann.
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In
der Steuerschaltung für
eine Licht aussendende Vorrichtung, die in 21 gezeigt
ist, schalten die Transistoren 12 und 13, deren
Emitter gemeinsam verbunden sind, den Strom gemäß dem Wert des Differenzialeingabesignals,
und der digital modulierte Strom wird in die Laserdiode 11 eingegeben. Eine
Spannung tritt dabei zwischen der Anode und der Katode der Laserdiode 11 auf.
Die Anode ist mit einer Spannungszuleitung verbunden und eine feste Spannung
wird an sie angelegt, was die Anschlussspannung an der Katodenseite
auslöst.
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Verbunden
mit der Katode der Laserdiode 11 ist der Spannungsermittlungsteil 211,
der aus dem Operationsverstärker
gebildet wird. Die Ausgabe des Spannungsermittlungsteils 211 wird
für den
Mittelwertermittlungsteil 212, der aus dem Tiefpassfilter gebildet
wird, zur Verfügung
gestellt. Hier hat der Operationsverstärker, der den Spannungsermittlungsteil 211 bildet,
eine Charakteristik, dass seine Eingabeimpedanz hoch und seine Ausgabeimpedanz
niedrig ist. Der Spannungsermittlungsteil 211 ermittelt
also die Anschlussspannung der Laserdiode 11, um sie an
den Mittelwertermittlungsteil 212 zu übertragen, und agiert auch
als ein Puffer. Das Katodenpotential der Laserdiode 11 wird
dabei durch Schaltungselemente in den folgenden Stufen des Spannungsermittlungsteils 211 nicht
beeinflusst. Die Schaltungselemente in den folgenden Stufen des Spannungsermittlungsteils 211 greifen
daher nicht in das Hochgeschwindigkeitsschalten der Laserdiode 11 ein.
Ausgegeben vom Mittelwertermittlungsteil 212 wird ein Mittelwert
der Anschlussspannung der Laserdiode 11.
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Als
Ausgabe des Referenzspannungsermittlungsteils 16a wird
eine Spannung erzeugt, die der Spannung entspricht, die im Mittelwert 223 in 22 gezeigt
ist. Der Abweichungsermittlungsteil 16b ermittelt eine
Abweichung zwischen der Ausgabe des Mittelwertsermittlungsteils 212 und
der Ausgabe des Referenzspannungserzeugungsteils 16a und
stellt das Ergebnis als Steuereingabe der variablen Stromquelle 18 zur
Verfügung,
wodurch der gesetzte Strom der variablen Stromquelle 18 gesteuert
wird. Wenn also die Ausgabespannung des Mittelwertermittlungsteils 212 niedrig
ist im Vergleich zur Spannung, die durch den Referenzspannungserzeugungsteil 16a erzeugt
wird, wird der gesetzte Strom der variablen Stromquelle 18 so
gesteuert, dass er erhöht
wird, und im Gegenteil wird, wenn die Ausgabespannung des Mittelwertermittlungsteils 212 hoch
ist im Vergleich zur Spannung, die vom Referenzspannungserzeugungsteil 16a erzeugt
wird, der gesetzte Strom der variablen Stromquelle 18 so
gesteuert, dass er vermindert wird. Dies ermöglicht es, dass die Lichtabgabe
von der Laserdiode 11 immer konstant gehalten wird, selbst
mit Temperaturänderungen.
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Obwohl
in der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform
eine Laserdiode als die Licht aussendende Vorrichtung verwendet
wird, kann anstelle dessen eine andere Licht aussendende Vorrichtung
verwendet werden. Wenn als eine andere Licht aussendende Vorrichtung
z.B. eine LED verwendet wird, können
die Installationskosten reduziert werden, obwohl die Schaltungsgeschwindigkeit
im Vergleich zu einer Laserdiode niedrig ist.
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Während die
Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung
in allen Aspekten beschreibend und nicht beschränkend. Es wird verstanden werden,
das zahlreiche andere Modifizierungen und Abweichungen ausgedacht
werden können,
ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert
ist.