JP2006101110A - 電流電圧変換回路およびそれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力の光を受光した場合のオペアンプの飽和を防止し、かつリミットを任意に設定できる電流電圧変換回路を提供する。
【解決手段】本発明の回路では、フォトダイオード２に光が入射し、光電流Ｉが発生すると、カレントミラー回路９を介し、抵抗４、５で決まるミラー比倍の電流がオペアンプ１に入力される。この際、抵抗４では光電流Ｉによって電圧降下が発生するが、この値がリミット用トランジスタ８の動作し始める電圧、例えば０.７Ｖ以下ならばリミッタ機能は働かない。しかし、光電流Ｉが大きくなり、抵抗４での電圧降下が、トランジスタ８の動作し始める電圧に達すると、トランジスタ８がオンしてコレクタに電流が流れ始め、フォトダイオード２で発生した光電流ＩをＧＮＤに流すことにより、アンプ１への入力電流にリミットがかかる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流を電圧に変換する回路に関し、特に受光素子からの電流を電圧に変換して増幅する回路に関するものである。

例えば、特許文献１にあるようなコンパクト・ディスク・プレーヤーに搭載する光ピックアップ装置の受光部には、図７に示すように光電変換素子としてのフォトダイオード２に生じる信号電流Ｉを電圧に変換する電流−電圧変換回路が設けられている。

この回路では、オペアンプ１の非反転入力端子（＋端子）に、基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、また、反転入力端子（−端子）にはオペアンプ１の出力の一部が帰還抵抗Ｒを介して入力され、負帰還がかかるようになっている。反転入力端子には、接続端子１３を介してフォトダイオード２が接続されている。

この回路において、フォトダイオード２に光が照射されると、その光量に応じた電流Ｉが発生する。この電流Ｉは、オペアンプ１の反転入力端子（−端子）と出力端子３との間に接続された帰還抵抗Ｒを流れ、抵抗Ｒの両端にはＶ（＝ＲＩ）の電圧が発生し、電流Ｉが電圧Ｖに変換されることとなる。

ＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒといった記録型光ディスク用ピックアップの場合、フォトダイオード２への入射光が比較的大きくなる。そのため、フォトダイオード２への入射光が一定値以上になっても、アンプ１が飽和しないようにするため、抵抗Ｒに並列にリミット用ダイオード１５を挿入し、出力電圧がアンプ１の最大出力電圧に達しないようにリミッタがかけられている。
特開平７−２１２１４７号公報

上記した従来の構成では、リミッタ機能が働きダイオード１５が導通すると、アンプ１の出力端子からダイオード１５を介して比較的大きな電流が流れるため、アンプ１の出力電流能力を十分に持たせなければならない。そのためアンプ１の出力部に多くのトランジスタを用いなければならず、チップサイズが大きくなるという課題があった。また、リミット電圧もダイオードのオン電圧である０．７Ｖの整数倍でしか設定できないという課題もあった。

本発明は、このような課題を解決する手法を示したものであって、リミッタ機能が働いてもオペアンプの出力から電流を消費せずに、かつリミット電圧も任意に定めることができるようにした電流電圧変換回路およびそれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電流電圧変換回路は、電流信号源からの電流が帰還抵抗によって電圧に変換されてオペアンプの一方の端子に入力される電流電圧変換回路であって、前記電流信号源と前記オペアンプの入力端子との間に、前記電流信号源からの電流を受けて動作するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路に流れる電流に応じてスイッチング動作するリミット用トランジスタとが設けられており、前記電流信号源からの電流が所定値以上になると前記リミット用トランジスタが導通して、前記オペアンプに入力される電流を制限することを特徴とする。

前記リミット用トランジスタはバイポーラトランジスタであることが好ましい。

前記リミット用トランジスタはＭＯＳトランジスタであることが好ましい。

前記カレントミラー回路の入力側に電流源が設けられていることが好ましい。

前記カレントミラー回路の入力側に別のカレントミラー回路と別の電流源が接続され、前記別のカレントミラー回路から前記カレントミラー回路を構成するトランジスタにそれぞれ同量の電流を流すことが好ましい。

前記電流信号源が光電変換素子であることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置は、発光源と、前記発光源の出射光が光ディスクに照射され、反射された戻り光を受光して、受光された光信号を電気信号に変換するための受光回路を備えた光ピックアップ装置であって、前記受光回路に本発明の電流電圧変換回路を有している。

本発明によれば、リミッタが働いた場合でも、リミッタに過大な電流を流すことなく、アンプが飽和することを防止でき、アンプの応答速度の高速化、ひいてはこの回路を用いた光アップ装置等の動作速度も向上する。また、リミットがかかる入力電流値をオペアンプの入力側で設定できるため、ダイナミックレンジを有効に使うことができる。

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における電流電圧変換回路の構成を示す。

同図において、図７に示した従来例と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態と従来例との違いは、オペアンプの反転入力端子（−）に接続される入力側接続端子１２とフォトダイオードの出力側接続端子１３との間に、電流リミット機能を持ったカレントミラー回路９を設けている点にある。

この構成によって、フォトダイオード２は、電流リミット機能付カレントミラー回路９を介してオペアンプ１の反転入力端子（−）及び帰還抵抗Ｒに接続されていることになる。

リミット機能付カレントミラー回路９は、トランジスタ６、７及びそれらのエミッタに接続された抵抗４、５及びリミット用トランジスタ８とからなっている。リミット用トランジスタ８はトランジスタ７と抵抗４の間にベースが接続され、抵抗４とＧＮＤ（接地電位）との間にエミッタが、トランジスタ６のコレクタとフォトダイオード２の間にコレクタがそれぞれ接続されている。

本実施形態の回路では、フォトダイオード２に光が入射し、光電流Ｉが発生すると、カレントミラー回路９を介し、抵抗４、５で決まるミラー比倍の電流がオペアンプ１に入力される。この際、抵抗４では光電流Ｉによって電圧降下が発生するが、この値がリミット用トランジスタ８の動作し始める電圧、例えば０.７Ｖ以下ならばリミッタ機能は働かない。

しかし、フォトダイオード２に発生した電流Ｉが大きくなり、抵抗４で発生した電圧降下分が、リミット用トランジスタ８のベースに印加されているため、トランジスタ８の動作し始める電圧、例えば０.７Ｖに達すると、トランジスタ８がオンしてコレクタに電流が流れ始め、フォトダイオード２で発生した光電流ＩをＧＮＤに流し、その結果、アンプ１への入力電流にリミットがかかり、オペアンプ１が飽和することを防止することが可能となる。

なお、図２に示す変形例では、入力側トランジスタ６、出力側トランジスタ７がＰＮＰトランジスタで構成されたカレントミラー回路９を用いているが、これは図１に示した構成とは逆に、フォトダイオード２のカソードが回路中の最低電位の電源に接続された場合の構成を示している。

図３に示す変形例では、図１に示したリミット機能付カレントミラー回路のトランジスタ６〜８をＦＥＴに置き換えた構成である。この場合、リミット用ＦＥＴ１４の動作し始める電圧を０．３Ｖとバイポーラトランジスタより低くできるため、より低電流でリミットをかけることが可能である。

なお、本変形例に示したようにリミット付カレントミラー回路で用いられるトランジスタをバイポーラからＦＥＴに置き換えることは、以降に示す構成でも同様に可能である。

（実施の形態２）
図４に本発明の実施の形態２における電流電圧変換回路の構成を示す。

本実施の形態では、リミット付カレントミラー回路９に電流源１１を接続している点で実施の形態１の構成と異なる。

本実施の形態によれば、カレントミラー回路９の入力側トランジスタ６に電流源１１から常時コレクタ電流を流すことにより、トランジスタ６の立ち上がり時の非直線ひずみを抑え、かつトランジスタ６が高速で動作するコレクタ電流に設定することでリミット付カレントミラー回路９の動作を高速化することが可能となり、ひいてはこの回路を用いた光アップ装置等の動作速度も向上する。

（実施の形態３）
図５に本発明の実施の形態３における電流電圧変換回路の構成を示す。

本実施の形態では、実施の形態２の構成における電流源１１を、別のカレントミラー回路１０と電流源１１ａとで構成した点が異なる。

なお、カレントミラー回路を構成するトランジスタは全て同じ性能となるように設計されている。

実施の形態２では、フォトダイオード２に光が照射していないときに、オペアンプ１の反転入力端子（−）にトランジスタ７から電流源１１からの電流と同じ大きさの電流が流れ込み、帰還抵抗Ｒの両端に定常的に電圧が発生し、これがオフセット電圧となっていたが、本実施の形態によれば、カレントミラー回路１０からリミット付カレントミラー回路９のトランジスタ６、７にそれぞれ同量の電流を流し、アンプへの入力電流を打ち消すため、オフセット電圧が発生せずダイナミックレンジを大きく取れるメリットがある。

（実施の形態４）
図６に本発明の実施の形態４における光ピックアップ装置の構成図を示す。

本実施の形態の光ピックアップ装置は、ＣＤとＤＶＤの両方に対応できるタイプである。

本実施の形態の光ピックアップ装置の動作について簡単に説明する。

赤外レーザ１６または赤色レーザ１７からの出射光が３ビームグレーティング１８で３ビームに分割されてビームスプリッタ１９に入射し、その後、コリメータレンズ２０へ平行光に変換された後、ビームスプリッタ２１を透過して、ミラー２２で反射されて対物レンズ２３に達する。対物レンズ２３で集光されたレーザ光は光ディスク２４上に光スポットを結ぶ。光ディスクがＣＤの場合は、赤外レーザが対応し、光ディスクがＤＶＤの場合は、赤色レーザが対応する。

光ディスク２４で反射されたレーザ光は、もとの経路を戻った後、ビームスプリッタ２１で反射され、受光用ＩＣ２５に到達する。受光用ＩＣ２５には実施の形態１〜３に例示した本発明の電流電圧変換回路が設けられている。

受光用ＩＣ２５の受光素子で受光された反射戻り光は光電流に変換された後、さらに電圧に変換・増幅され、光ディスクの情報信号やフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号等を生成する。これらの信号から光ディスク２４の情報の読み取り、あるいは記録を行ったり、光ピックアップ装置の機械的動作が制御される。

本実施の形態によれば、例えばＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒといった記録型光ディスクに対応する際に、高出力のレーザ光が受光素子に照射されても、オペアンプへの入力電流にリミットがかかるため、オペアンプの出力側の電流を抑えて、オペアンプが飽和することを防止ことができる。また、リミットがかかる入力電流値をオペアンプの入力側で設定できるため、ダイナミックレンジを有効に使うことができる。

なお、光ピックアップ装置の構成等は本実施の形態に限られるものでなく、その使用様態に応じて適切に選択されるものである。

本発明の電流電圧変換回路は、アンプ出力の飽和を簡便な構成で構成でき、記録・再生用途の光ディスク装置に用いられる光ピックアップ装置に適用すると有用である。

本発明の実施の形態１における電流電圧変換回路の構成を示す図 本発明の実施の形態１における電流電圧変換回路の変形例を示す図 本発明の実施の形態１における電流電圧変換回路の別の変形例を示す図 本発明の実施の形態２における電流電圧変換回路の構成を示す図 本発明の実施の形態３における電流電圧変換回路の構成を示す図 本発明の実施の形態４における光ピックアップ装置の構成を示す図 従来の技術における電流電圧変換回路の構成を示す図

符号の説明

１ オペアンプ
２ フォトダイオード
３ オペアンプの出力端子
４ 抵抗
５ 抵抗
６ トランジスタ
７ トランジスタ
８ リミット用トランジスタ
９ 電流リミット機能付カレントミラー回路
１０ 別のカレントミラー回路
１１、１１ａ 電流源
１２ オペアンプの入力側接続端子
１３ フォトダイオードの出力側接続端子
１４ リミット用ＭＯＳトランジスタ
１５ リミッタダイオード
１６ 赤外レーザ
１７ 赤色レーザ
１８ ３ビームグレーティング
１９ ビームスプリッタ
２０ コリメータレンズ
２１ ビームスプリッタ
２２ ミラー
２３ 対物レンズ
２４ 光ディスク
２５ 受光用ＩＣ

Claims (7)

1. 電流信号源からの電流が帰還抵抗によって電圧に変換されてオペアンプの一方の端子に入力される電流電圧変換回路であって、
   前記電流信号源と前記オペアンプの入力端子との間に、前記電流信号源からの電流を受けて動作するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路に流れる電流に応じてスイッチング動作するリミット用トランジスタとが設けられており、
   前記電流信号源からの電流が所定値以上になると前記リミット用トランジスタが導通して、前記オペアンプに入力される電流を制限することを特徴とする電流電圧変換回路。
2. 前記リミット用トランジスタはバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の電流電圧変換回路。
3. 前記リミット用トランジスタはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の電流電圧変換回路。
4. 前記カレントミラー回路の入力側に電流源が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電流電圧変換回路。
5. 前記カレントミラー回路の入力側に別のカレントミラー回路と別の電流源が接続され、前記別のカレントミラー回路から前記カレントミラー回路を構成するトランジスタにそれぞれ同量の電流を流すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電流電圧変換回路。
6. 前記電流信号源が光電変換素子であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電流電圧変換回路。
7. 発光源と、前記発光源の出射光が光ディスクに照射され、反射された戻り光を受光して、受光された光信号を電気信号に変換するための受光回路を備えた光ピックアップ装置であって、前記受光回路に請求項１ないし６のいずれかに記載の電流電圧変換回路を有する光ピックアップ装置。

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