JP2006059907A - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ブルーレイディスク用レーザダイオードを広帯域（３００〜５００ＭＨｚ）駆動できるレーザダイオード駆動回路を提供すること。
【解決手段】入力される記録信号を増幅する低インピーダンスの駆動アンプ１に、並列接続された２本線路構成伝送線路である低インピーダンスの伝送路２を介してレーザダイオードＬＤを接続し且つ、図１の等価回路がπ型ローパスフィルタを形成するようにコンデンサＣ１を伝送路２の駆動アンプ接続側に接続することにより、レーザダイオード駆動回路の駆動周波数帯域を拡大でき、ブルーレイディスク用レーザダイオードを広帯域（３００〜５００ＭＨｚ）駆動することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスク装置に係り、特にレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動回路に関する。

従来のレーザダイオード（ＬＤ）を用いた光ディスクの記録再生装置では、転送レートが１０Ｍｂ／ｓｅｃと遅かったので、記録時のＬＤから出射される光パルス帯域は１００ＭＨｚあれば十分であったが、波長が４００ｎｍのブルーレイディスク用の記録再生装置では１倍速で３５Ｍｂｐｓ、２倍速で７０Ｍｂｐｓも要求され、必要帯域は３００〜５００ＭＨｚとなる。

しかし、上記のような要請に対して、（１）使用するレーザ光の波長は６５０ｎｍから４００ｎｍに変わり、ＬＤの等価回路の定数である動作抵抗（Ｒｄ）は約５Ωが１５〜２０Ωに、並列容量（Ｃｔ）は１０ｐＦから３０ｐＦと大きくなってきていて、ＬＤの応答周波数が低下している。この場合、ＬＤを低インピーダンスで駆動（変調）すれば応答周波数は大きく低下しないが、電流でドライブした場合は、−３ｄＢの周波数は１／２πＲｄ＊Ｃｔとなり、出力されるレーザ光の周波数特性が悪化する。更に、ここに来て２層記録用として開発された大出力のＬＤはＲｄ＝２５Ω、Ｃｔ＝２０ｐＦとＲｄが大きくなる傾向にある。（２）また、ＬＤの駆動回路はＩＣ化され、ＬＤの駆動電圧は２．５Ｖから４．５Ｖと増大したにも拘らず、駆動電流が８０ｍＡ程度と同等なので駆動回路の出力容量も増大するためＬＤ駆動時の周波数特性が悪化する。

その理由は、駆動回路を形成するトランジスタの耐圧を高くして出力電流を大きく取る構成では、複数のトランジスタを並列に並べるので、出力容量は増加してしまう。（３）また、ＬＤと駆動回路との距離は、機器の小型化によって制約を受けて増加する方向にあり、これも、ＬＤ駆動時の周波数特性を悪化させる。なお、従来でのＬＤの駆動回路は、ＬＤの足に直接マウントするものが多いため、現状の光帯域は２００〜３００ＭＨｚにとどまっている。

図７は広帯域の通信用ＬＤの駆動回路の従来例であるである。このＬＤの駆動回路（信号源）はトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２及び抵抗Ｒ１１（５０Ω）、Ｒ１２から構成されている（例えば特許文献１参照）この駆動回路はカップリングコンデンサＣを介して５０Ω系の伝送路３１に接続され、この伝送路３１の終端に直列抵抗Ｒ１３（４５Ω）を介してＬＤが接続されている。駆動回路の出力抵抗は５０Ω、伝送路３１（５０Ω）、抵抗Ｒ１３によりＬＤの（動作抵抗Ｒｄ）を５０Ωとすることにより、ライン整合ドライブとなっている。

上記のような通信用の装置では、ディスクの記録時に比べ、レーザ光のパワーを必要としないため、駆動回路のドライブ電圧を小さくしてＬＤは数ｍＷで使用し、駆動電流は５０ｍＡ程度（２値伝送なのでＲＦＣによるバイアス方式であり、バイアス電流は２０ｍＡ、信号電流は４０ｍＡｐ−ｐ程度。）、駆動電圧は２．０Ｖ程度となっているため、前述記したような問題は生ぜず、数Ｇからの帯域を有している。
特開平１０−１４４８０１号公報 （第７頁、第８図）

しかしながら、ブルーレイディスクの記録時の電流は、バイアス電流が４０から５０ｍＡ、信号振幅は８０ｍＡｐ−ｐにもおよび、上記した通信用ＬＤと同等なドライブを行った場合、整合による電力ロスと信号電圧が大きくなってしまい、通信用のＬＤ駆動回路を用いることは実用的でない。

この理由を更に補足して述べると、ディスク記録の場合、信号振幅は、電流源では４．０Ｖｐ−ｐ、電圧源では８．０Ｖｐ−ｐとなる。それにバイアス電流を流す必要があり、２．５Ｖから５．０Ｖが加算されてしまう。また、レーザダイオードは約３．０Ｖ〜４．０Ｖの定電圧特性を持つ。このため、電源電圧は最低１６．５Ｖ（８．０＋５．０＋３．５）必要となり、これでは、ディスク記録用のレーザー駆動回路を上記した通信用のＬＤ駆動回路の構成としても必要な帯域を確保することが難しく、また、電流ドライブ型では、バイアス電流を別にしないと動作させるのが難しい。

しかし、現状のディスク記録では、基本波で１００ＭＨｚ以下と低周波を扱っているので、整合を取る必要が無く、単純にローインピーダンスアンプや電流出力アンプによりＬＤをドライブしても帯域上の問題はないが、これではブルーレイディスクの記録時の必要帯域を得ることができない。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、ブルーレイディスク用レーザダイオードを広帯域（３００〜５００ＭＨｚ）駆動することができるレーザダイオード駆動回路を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、記録信号を増幅してレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動回路であって、入力される記録信号を増幅する低インピーダンスの駆動回路と、前記低インピーダンスの駆動回路から出力される信号を前記レーザダイオードに伝送する低インダクタンスの伝送路とを具備することを特徴とする。

また、前記レーザダイオード駆動回路の前記レーザダイオードを含めた等価回路がπ型ローパスフィルタを形成するように、前記伝送路の前記駆動回路の出力側にコンデンサを接続することを特徴とする。

このように本発明において、低インピーダンスの伝送路は等価的にインダクタンスに置き換えられ、レーザダイオードを含めての駆動回路の負荷は等価的にローパスフィルタを構成することになる。その時、駆動回路が低インピーダンスで伝送路のインピーダンスが低ければ、前記インダクタンスは低くなり、ローパスフィルタの帯域を拡大することができ、また、駆動回路とローパスフィルタの接続点にコンデンサを付加してローパスフィルタの次数を上げることで、伝送帯域を更に広げることができる。以上の考察により駆動回路を低インピーダンスとし、この駆動回路に低インピーダンスの伝送路（例えば並列接続された複数線路を有する伝送線路）を用いてレーザダイオードを接続すれば、伝送帯域を拡大することができ、駆動回路はブルーレイディスク用レーザダイオードを広帯域駆動することができる。さらに、コンデンサを伝送線路の駆動回路接続側に付加してローパスフィルタの次数を上げることにより伝送帯域を更に広げることができ、駆動帯域を拡大して３００〜５００ＭＨｚの駆動を行うことができる。

本発明によれば、入力される記録信号を増幅する低インピーダンスの駆動回路に、並列接続された複数線路を有する低インピーダンスの伝送線路を介してレーザダイオードを接続することにより、レーザダイオード駆動回路の駆動帯域幅を拡大でき、ブルーレイディスク用レーザダイオードを広帯域（３００〜５００ＭＨｚ）駆動することができる。

ブルーレイディスク用レーザダイオードを広帯域（３００〜５００ＭＨｚ）駆動する目的を、入力される記録信号を増幅する低インピーダンスの駆動回路に、並列接続された複数線路を有する低インピーダンスの伝送線路を介してレーザダイオードを接続することによって実現した。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザダイオード駆動回路の構成を示したブロック図である。レーザダイオード駆動回路は、低インピーダンスの駆動アンプ１、信号源抵抗ＲＳ、コンデンサＣ１、低インピーダンスの伝送路２を有し、この伝送路２に接続されたレーザダイオードＬＤを駆動する。

図２は、図１に示したレーザダイオード駆動回路の等価回路を示した回路図である。等価回路上、低インピーダンスの駆動アンプ１は等価的にレーザダイオード駆動回路の電圧源となるが、信号源抵抗がある場合は電流源Ｉと信号源抵抗ＲＳで置き換えできる。低インピーダンスの伝送路は等価的にインダクタンスに置き換えでき、レーザダイオードＬＤはＡＣ信号に対して等価的に動作抵抗ＲＤ（２５Ω）と端子間容量Ｃ２で表される。

次に本実施の形態のレーザダイオード駆動回路の特性について主に図２の等価回路を参照して説明する。図２の等価回路よりレーザダイオード駆動回路は、終端抵抗２５Ωのローパスフィルタである。このレーザダイオード駆動回路で、例えば、Ｃ２＝２０ｐＦ、ＲＤ＝２５Ωが決まっていても、ＲＳ、Ｌ２を任意に選ぶ事が出来る場合、ローパスフィルタの通過帯として平坦な特性を得る事ができ、更に、Ｃ１を付加してローパスフィルタの次数を上げれば伝送帯域を広げる事ができる。

ここで、図２の等価回路の最大帯域は、Ｒｓ、Ｃ１、Ｌ２が極限に小さい時であり、それを妨げる定数はＬ２となるが、Ｌ２は駆動アンプ１とレーザダイオードＬＤ間の距離で決定され、現状３０ｍｍ程度となっている。単線を伝送路２とした場合、Ｌ２は約３０ｎＨとなり、これを伝送線路（５０Ω同軸）に置き換えると、インダクタンスは７．６ｎＨと約１／４に減ずる事ができる。但し、ＬＤのリードが０ｍｍの時で、この配線を考慮すると１０ｎＨ程度となる。

例えば、特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブルは、Ｃ＝１００ｐＦ／ｍ、Ｌ＝０．２５ｕＨ／ｍであり、３０ｍｍでは、Ｃ＝３ｐＦ、Ｌ＝７．６ｎＨとなる。従って、ローパスフィルタの帯域を拡大するには伝送路２として伝送線路を使用する必要があり、インピーダンスを低下させればインダクタンスも小さくすることができる。

この伝送線路のインピーダンスは筆者の実験によれば線路のパターン幅を広げるよりは平行に配置される複数本の線路を用いた場合の方がインダクタンスは低下することが確認されており、駆動アンプ１とレーザダイオードＬＤを接続する伝送線路としては、２本線路構成とすることにより所望の特性が得られることが分かった。

図３は上記考察により本実施の形態で用いる伝送線路の構造を示した図である。２層基板を用いてカソードコモン型のＬＤに対応した伝送線路３の構造を示し、２本線路構成としてそのインピーダンスの低減を図った例である。図中、２１はカソードパターンを、２２はアノードパターンを示し、Ｋはカソードを、Ａはアノードを、ＮＣは非接続を示している。また、パターン幅は０．７５ｍｍで約４０Ωとしている。これらカソードパターンとアノードパターンの組を２組とする事でインピーダンスの低下を図っている。また、レーザダイオードＬＤのリード線まで平行とすることで、単線部の発生を抑えている。

尚、レーザダイオードの駆動アンプ１が電圧ドライブでＲｓを直列に挿入した場合、Ｒｓによる電圧降下が発生し、電流ドライブに比べて駆動アンプ１の電源電圧を増加させる要因となるので、これをなるべく小さく抑える必要がある。図２にて、Ｒｓを小さくするには、伝送路２のＬ２を小さくすれば良く、前述の帯域を広げることと一致する。例えば、伝送路２として５０Ωパラの伝送線路３を用いて、低域が平坦となるようにＲｓを選定すると、Ｒｓは１５Ωとなり、帯域幅は４５０ＭＨｚとなる。この時、Ｃ１を付加して最大平坦特性を得ると、Ｃ２は２０ｐＦとなりレーザダイオードの駆動回路は等価的に３次のローパスフィルタとなった。

次に低インピーダンスの駆動アンプ１の具体的な回路構成について説明する。図４は駆動アンプ１の具体的な回路構成の候補となる回路の具体例である。図４（Ａ）はエミッターフォロア型のアンプ、図４（Ｂ）は２個のトランジスタでダーリントン回路を形成したアンプ、図４（Ｃ）は極性の異なる２個のＮＰＮ、ＰＮＰ型トランジスタでコンプリメンタリー回路を形成したアンプ、図４（Ｄ）は極性の異なる２個のトランジスタでコンプリメンタリー回路を形成し、更にミラー回路で出力段を形成したミラーコンプリメンタリー回路のアンプである。これら各回路のインピーダンス特性を筆者等が実験により確かめたところ、いずれの回路構成も大電流で高周波領域まで低インピーダンスにすることは難しく、帯域幅５００ＭＨｚを考えると、図４（Ｄ）のミラーコンプリメンタリー回路のアンプが一番安定であった。

図５は上記の考察を考慮して決定された本発明のレーザダイオード駆動回路の実施例を示した回路図である。レーザダイオード駆動回路は、トランジスタＱ１、Ｑ２及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３により形成されるレベルシフト電流電圧変換部１０と、トランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５及び抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、コンデンサＣ１により形成されるミラーコンプリメンタリー型増幅部２０とにより構成される駆動アンプ１と、ローパスフィルタ整合抵抗Ｒ７と、π型ローパスフィルタの容量Ｃ２を、Ｑダンプ用抵抗Ｒ８と、２線路並列型の伝送線路３により構成され、この伝送線路３に接続されるレーザダイオードＬＤ１を駆動する。

図６は図５に示した回路の等価回路である。レーザダイオード駆動回路は、電流源Ｉ、１５Ωの信号源抵抗、２５ｐＦのコンデンサ、７．９ｎＨのインダクタンス、３０ｐＦのコンデンサにより形成されるローパスフィルタと等価で、このローパスフィルタの終端に２５Ωの終端抵抗が接続されている。

次に本実施形態の動作について説明する。図示されない光ディスクに記録する記録信号１００が電流電圧変換１０に入力されてレベルシフトされた後、低インピーダンスのミラーコンプリメンタリー増幅部２０により増幅され、増幅された信号が抵抗Ｒ７を介して伝送線路３に入力される。伝送線路３により伝送された増幅信号はレーザダイオードＬＤ１に印加され、ＬＤ１は記録信号で変調されたレーザ光を出射する。

本実施形態によれば、駆動アンプ１の増幅部２０はミラーコンプリメンタリーで形成された低インピーダンスの増幅器で、伝送線路３は２線路並列型の伝送線路で低インピーダンスを実現し、ローパスフィルタの次元をπ型ローパスフィルタの容量Ｃ２により上げているため、また、ＬＤのリード線も平行（図示せず）としているため、駆動アンプ１からＬＤまでの伝送帯域を広帯域とすることができ、ブルーレイディスクの記録時に必要な３００〜５００ＭＨｚの帯域を確保することができる。

尚、図５で整合抵抗Ｒ７を点線で示した（Ｒ７）の位置に持って来る方が、高域の特性が安定する。但し、トランジスタＱ３のエミッタとトランジスタＱ５のコレクタは整合抵抗（Ｒ７）が図の破線の位置に挿入されていない場合は直接接続されている。

また、本実施の形態のレーザ駆動回路を搭載したディスク装置では、ブルーレイディスクの記録時に必要な３００〜５００ＭＨｚの帯域で青色レーザダイオードＬＤを駆動できるため、ブルーレイディスクを記録再生することができ、倍速記録も容易に行うことができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。図５に示した実施例の回路例では、カソードコモンのＬＤを駆動するため、出力トランジスタＱ３〜Ｑ４をＮＰＮ、ＰＮＰ型トランジスタで構成しているが、アノードコモンのＬＤを駆動する場合は、ＰＮＰ、ＮＰＮ型トランジスタで構成とすれば良い。

本発明の一実施の形態に係るレーザダイオード駆動回路の構成を示したブロック図である。 図１に示したレーザダイオード駆動回路の等価回路を示した回路図である。 図１に示した伝送路として用いる伝送線路の構造を示した図である。 図１に示した駆動アンプの具体的な回路構成の候補となる回路例を示した図である。 本実施形態のレーザダイオード駆動回路の実施例を示した回路図である。 図５に示した回路の等価回路である。 従来の通信用レーザダイオードの駆動回路の構成例を示したブロック図である。

符号の説明

１……駆動アンプ、２……伝送路、３……伝送線路、１０……電流電圧変換部、２０……ミラーコンプリメンタリー型増幅部、Ｃ１……コンデンサ、ＬＤ……レーザダイオード、ＲＳ……信号源抵抗。

Claims (6)

1. 記録信号を増幅してレーザダイオードを駆動するレーザダイオード駆動回路であって、
   入力される記録信号を増幅する低インピーダンスの駆動回路と、
   前記低インピーダンスの駆動回路から出力される増幅信号を前記レーザダイオードに伝送する低インピーダンスの伝送路と、
   を具備することを特徴とするレーザダイオード駆動回路。
2. 前記駆動回路は、ミラーコンプリメンタリー型の回路構成であることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路。
3. 前記伝送路は、並列接続された複数本線路構成の伝送線路であることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路。
4. 前記レーザダイオード駆動回路の負荷側の等価回路が前記レーザダイオードを含めてπ型ローパスフィルタを形成するように、前記伝送路の前記駆動回路接続側にコンデンサを接続することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路。
5. 前記記録信号のレベルシフトを行う電流電圧変換器を前記駆動回路の前段に設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路。
6. 前記駆動回路の出力側と前記伝送路との間にローパスフィルタ整合抵抗を挿入することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード駆動回路。

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