JP2007273006A - レーザー駆動回路、レーザー駆動方法及びディスク記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カレントミラー回路を構成する出力段の信号源インピーダンス変化による周波数特性の変化を抑制する共に、出力容量の増加を最小限にすることよって、動作抵抗が高く且つ大電流駆動レーザーの伝送周波数特性を改善すること。
【解決手段】信号源となるトランジスターＱ０と、このトランジスターＱ０とカレントミラーを構成するトランジスターＱ１との間に、トランジスターＱ０の出力インピーダンスを低下させる広帯域低インピーダンスのバッファアンプ1を挿入し、これにより、出力段を構成するトランジスターＱ１、Ｑ２、・・・Ｑｎの数が多い場合でも、レーザー駆動回路の出力容量を低下させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクにレーザー光を照射してデータを記録再生するディスク記録再生装置に係り、特に半導体レーザー(レーザーダイオード)を駆動するレーザー駆動回路及びレーザー駆動方法に関する。

ディスク記録再生装置はレーザーダイオード(ＬＤ)から出射されるレーザー光をディスクに照射してデーターの記録再生を行う。通常、書き込み時はレーザーダイオードをＤＣ駆動するが、再生時に高周波重畳駆動してＲＩＮ（Relative Intensity Noise）を改善するのが通例である（例えば特許文献１参照）。

図９はレーザーダイオードを駆動する大電流のレーザードライブ回路(ＩＣ)の従来構成を示した図である。図９に示すように、トランジスターＱ０に流れるライト電流は、トランジスターＱ１〜Ｑｎをバイアスして、（カレントミラー）Ｒ１／Ｒ０＊ｎの電流をレーザーダイオードＬＤに流す。このような駆動回路では、その終段で大部分の電流増幅が行われ、出力電流は出力段のトランジスター数に比例し、その数が出力電流を決定する。そのため、出力容量はトランジスター数倍に比例して増大する。

図１０は図９の簡易等価回路で、発光周波数特性は駆動回路の出力容量（Cout）＋端子間容量（Ct）と動作抵抗(Rd)で決まるので、出力からレーザーダイオードまでのインダクタンス（Lｉ）が小さく、レーザーダイオードの動作抵抗が低ければあまり問題とはなっていなかった。例えば、７８０ｎｍ レーザーダイオードのＲｄは約５Ωであり、Ｃｏｕｔ＋Ｃｔが６０ｐＦ時でも伝送帯域幅(BW)は５３０ＭＨｚとなり、必要な伝送帯域幅は確保される。
特開２０００−１４９３０２号公報

ところが、ブルーレイディスク(Bluｅ-ray disc)に使用される４００ｎｍ レーザーのＲｄは２０Ω〜１５Ω（Ｃｔは２０ｐＦ前後）と大きいため、単純にＣｏｕｔ+Ｃｔ=６０ｐＦで伝送帯域幅を計算すると１/４〜１/３となってその伝送帯域幅は１５０ＭＨｚ〜１８０ＭＨｚとなってしまう。また厄介な事に、光ピックアップ(ＯＰ)の小型化が進み、レーザーダイオードとレーザードライブ回路間の線路長は最短で繋ぐ事が出来ず、３０ｍｍ前後になってしまい、同軸線路を採用してもインダクタンス（Lｉ）の発生が避けられない。そうなると、１次の伝送周波数特性から３次の伝送周波数特性となり、Ｃｏｕｔ＝４０ｐＦでＬｉ＝１０ｎＨとすれば、共振周波数は、２５０ＭＨｚとなり、共振周波数以上での伝送周波数特性は大きく劣化する。なお、ＱはＲｄで決定する。

また、２層記録対応となると、出力電流は約１．５倍必要となり、さらに、出力段のトランジスターの数が増加して、その出力容量が増加してしまい伝送周波数特性が低下する。そこでレーザーをカソードコモン(cathode common)からフローティング(floating)に変更して、出力段を帰還容量の小さなＮＰＮトランジスターとしているが、それでも出力容量をそれほど低下させることができず、問題となっている。

さらに、図９の終段トランジスターＱ１〜Ｑｎから見た信号源インピーダンスは、トランジスターＱ０の動作抵抗＋Ｒ０となるが、図１１に示すようにトランジスターＱ０の動作抵抗が動作電流によって大きく変化するので、容量の影響を受けて周波数特性が変化すると共に、帰還容量の影響を受けるため、特に小電流時の低下が大きくなる。

ところで、出力容量を低下するには、準単方向化の手法として、図１２に示すように、出力と直列にベース接地アンプを挿入する方法があり、使用トランジスターの帰還容量の和に近く出来るが、この構成を採ると大電流のレーザードライブでは回路の損失が大きくなり過ぎる。動作は、出力段トランジスターＱ１,Ｑ２の負荷抵抗がベース接地のトランジスターＱ３,Ｑ４の入力インピーダンスとなって帰還電圧が低下するため、出力容量が低下する。

ここで、仮に、ベース接地アンプのＲｅ=５Ω、Ｑ３,Ｑ４のＶｃｅ=２．５Ｖ、最大出力電流３００ｍＡとすると約１Ｗの損失増加となってしまい、発熱から小型光ピックアップでは実用的ではなくなってしまう。

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、カレントミラー回路を構成する出力段のトランジスター数が多い場合でも、出力段の信号源インピーダンス変化による周波数特性の変化を抑制する共に、出力容量の増加を最小限にすることよって、動作抵抗が高く且つ大電流駆動レーザーの伝送周波数特性を拡大することができるレーザー駆動回路及びレーザー駆動方法並びにこのレーザー駆動回路を用いたディスク記録再生装置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、レーザーダイオードを駆動するレーザー駆動回路であって、信号源となるトランジスターと、前記信号源となるトランジスターとカレントミラーを構成する複数のトランジスターと、前記信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させるインピーダンス低下手段とを具備する。

また、本発明は、レーザーダイオードからレーザーをディスクに照射することによってデータの記録再生を行うディスク記録再生装置であって、前記レーザーダイオードを駆動するレーザー駆動回路は、信号源となるトランジスターと、前記信号源となるトランジスターと、カレントミラーを構成する複数のトランジスターと前記信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させるインピーダンス低下手段とを具備する。

このように本発明では、レーザー駆動回路の信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させる手段、具体的には広帯域低インピーダンスのバッファアンプを、前記信号源となるトランジスターと、このトランジスターとカレントミラーを構成する複数のトランジスターとの間に挿入することによって、電流増幅出力段に多数のトランジスターを用いて高出力とした場合にもレーザー駆動回路の出力容量を低下させることができる。これにより、ドライブ段の信号源インピーダンス変化による周波数特性の変化を防止することができると共に、帰還容量がミラー効果でゲイン倍となる出力容量の増加を最小限にすることができ、伝送周波数特性を拡大することができる。

本発明によれば、レーザー駆動回路の信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させることによって、電流増幅出力段に多数のトランジスターを用いて高出力とした場合にもレーザー駆動回路の出力容量を低下させることができ、これにより、ドライブ段の信号源インピーダンス変化による周波数特性の変化を防止できると共に、帰還容量がミラー効果でゲイン倍となる出力容量の増加を最小限にすることによって、伝送周波数特性を拡大することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザー駆動回路の構成を示した回路図である。
レーザー駆動回路は、信号源となるトランジスターＱ０と、電流増幅出力段である複数のトランジスターＱ１、Ｑ２、・・・Ｑｎと、トランジスターＱ０と電流増幅出力段との間に挿入されるバッファアンプ（buffer amp）1とから構成され、フレキシブル伝送線路２を通してレーザーダイオードＬＤに接続されている。ここで、トランジスターＱ０とトランジスターＱ１、Ｑ２、・・・Ｑｎはカレントミラーを構成し、このカレントミラーの段間に、必要な伝送周波数帯における出力インピーダンスが１０Ω以下となるバッファアンプ1を挿入したことが本実施形態の特徴である。

図２は図１に示したバッファアンプ１の第１の実施例の構成を示した回路図である。バッファアンプ1はエミッターフォロワーのＰＮＰ型トランジスター２２とＮＰＮ型トランジスター２３の２段構成アンプで、その出力は低インピーダンスである。トランジスター２２と２３は相補トランジスターを使用し、Ｉｅを等しくすればｄｃ電圧の変化が小さく、書き込み時はＡＰＣを掛けて使用するので実用化は可能である。

次に本実施形態の動作について説明する。図示されないＡＰＣエラーアンプから出力されるレーザーダイオードＬＤの発光出力を制御する信号電流は、トランジスターＱ０に入力され、その出力電流はバッファアンプ１を介して電流増幅出力段ある各トランジスターＱ１、Ｑ２、・・・Ｑｎに入力される。各トランジスターＱ１、Ｑ２、・・・Ｑｎは、トランジスターＱ０とカレントミラーを構成しているため、トランジスターＱ０に流れる信号電流に比例した電流が各トランジスターＱ１、Ｑ２、・・・Ｑｎに流れるため、この電流増幅出力段の段数分に比例した電流増幅が行われる。こうして、電流増幅された信号電流がフレキシブル伝送線路２を通してレーザーダイオードＬＤに流れて、レーザーダイオードＬＤを前記信号電流に応じて発光させる。

ここで、バッファアンプ１は、図３に示すように、必要な伝送周波数帯で出力インピ―ダンスが１０Ω以下となるように設定されているため、このバッファアンプ１により信号源の出力インピーダンスは１０Ω以下になる。図４はバッファアンプ１の出力容量と信号源インピーダンスの関係を示した特性図である。信号源インピーダンスが下がるほど、出力容量が低下していることが分かる。

また、電流増幅出力段の出力容量は、トランジスターの帰還容量であり、これは出力信号がベースに帰還するミラー効果で大きくなる。従って、ベースの信号源インピーダンスを低下していけば、電流増幅出力段の出力容量は最小帰還容量まで低下させることができる。さらにトランジスターＱ０のインピーダンスはバッファアンプ1で吸収され、一定となる。

図５はレーザー駆動回路の出力容量と信号源インピーダンス（抵抗）の関係を示した特性図である。信号源抵抗が０〜２０Ω程度の間では、出力容量が１０ＰＦ以下であることが分かる。

図６はＬＤ発光等価負荷での信号源抵抗可変時の周波数特性を示した特性図である。ブルーレイ用レーザーダイオードのように動作抵抗（２０Ω）が高いものを使用した場合でも、必要な伝送周波数帯域で比較的平坦で良好な周波数特性が得られることが分かる。

図７は、図１に示したバッファアンプの第２の実施例の構成を示した回路図である。このバッファアンプは、基本的には第１の実施例と同じエミッターフォロワーのＰＮＰ型トランジスター２２とＮＰＮ型トランジスター２３の２段構成アンプであるが、Ｖｂｅのバラツキ、温度変化を考慮したもので、ｄｃ動作点をオペアンプ３で決定する構成を有している。これにより、入出力の電位差は数ｍＶ以下に出来、トランジスターは相補である必要はなくなるが、Ｉｅはほぼ同じとなる。ＲＥＦ ｉｎ、ｄｅｔ ｉｎは高抵抗とし、オペアンプ３の入力容量の影響を抑圧する。このような構成にても、第1の実施形態と同様にレーザー駆動回路の信号源のインピーダンスを低下させることができる。

本実施形態によれば、信号源トランジスターＱ０と、このＱ０とカレントミラー関係にある電流増幅出力段との間にバッファアンプ１を挿入することで、信号源トランジスターＱ０の出力インピーダンスを低下させることができ、それ故、電流増幅出力段に多数のトランジスターを用いて高出力とした場合にもレーザー駆動回路の出力容量を低下させることができるため、ドライブ段の信号源インピーダンス変化による周波数特性の変化を防止することができる共に、帰還容量がミラー効果でゲイン倍となる出力容量の増加を最小限にする事によって、伝送周波数特性を拡大することができる。そのため、ブルーレイディスク用の駆動電流が大きく、且つ、その動作抵抗が高いレーザーダイオードを駆動する場合でも、必要な伝送周波数帯域幅を確保でき、且つ、良好な周波数特性をもって駆動することかできる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るディスク記録再生装置の構成を示した部分概略ブロック図である。ディスク記録再生装置では、記録時、レーザー駆動回路（ＬＤドライバ）１１から出力されるレーザーダイオード駆動ＤＣ電流によりレーザーダイオードＬＤを駆動する。このレーザーダイオードＬＤより発光されたレーザー光の一部はフォトダイオードＰＤにより受光され、その受光電流がＡＰＣエラーアンプ１３に入力される。ＡＰＣエラーアンプ１３はＬＤの受光平均パワーが所定の設定値となるようにレーザー駆動回路１１の出力を制御する。再生時、レーザー駆動回路（ＬＤドライバ）１１から出力されるレーザーダイオード駆動ＤＣ電流に高周波発信器１２から出力される高周波電流を重畳し、この高周波電流重畳ＤＣ電流によりレーザーダイオードＬＤを駆動する。このレーザーダイオードＬＤから出力されたレーザーが図示されない光学系を通して図示されないディスクに照射され、データの記録再生が行われるが、データの記録再生系は周知の回路であるため、図示は省略した。

本実施形態によれば、レーザーダイオードＬＤがブルーレイディスク用でその動作抵抗が高く、且つ、大きな駆動電流を必要とする場合、レーザー駆動回路１１として図１に示した第１の実施形態と同様の構成のものを用いることにより、レーザーダイオードＬＤを必要な伝送周波数帯域幅で安定に駆動することができる。

尚、本発明は上記実施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。

本発明の第１の実施形態に係るレーザー駆動回路の構成を示した回路図である。 図１に示したバッファアンプの第１の実施例の構成を示した回路図である。 図1に示したバッファアンプの出力抵抗の周波数特性を示した特性図である。 バッファアンプの出力容量と信号源インピーダンスの関係を示した特性図である。 レーザー駆動回路の出力容量と信号源インピーダンス（抵抗）の関係を示した特性図である。 ＬＤ発光等価負荷での信号源抵抗可変時の周波数特性を示した特性図である。 図１に示したバッファアンプの第２の実施例の構成を示した回路図である。 本発明の第２の実施形態に係るディスク記録再生装置の構成を示した概略ブロック図である。 レーザーダイオードを駆動する大電流のレーザードライブ回路(ＩＣ)の従来構成を示した図である。 図１０は図９の簡易等価回路図である。 信号源トランジスターの電流インピーダンス特性を示した特性図である。 準単方向化レーザードライブアンプの従来構成例を示した回路図である。

符号の説明

1……バッファアンプ、２……フレキシブル伝送路、３……オペアンプ １１……レーザー駆動回路、２２、２３、Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、・・・Ｑｎ……トランジスター、ＬＤ……レーザーダイオード。

Claims (6)

1. レーザーダイオードを駆動するレーザー駆動回路であって、
   信号源となるトランジスターと、
   前記信号源となるトランジスターとカレントミラーを構成する複数のトランジスターと、
   前記信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させるインピーダンス低下手段と、
   を具備することを特徴とするレーザー駆動回路。
2. 前記インピーダンス低下手段は、前記信号源となるトランジスターと前記複数のトランジスターとの段間に挿入される広帯域低インピーダンスのバッファアンプであることを特徴とする請求項１記載のレーザー駆動回路。
3. 前記レーザーダイオードは、ブルーレイディスク記録再生用のレーザーダイオードであることを特徴とする請求項１記載のレーザー駆動回路。
4. 信号源となるトランジスターと、このトランジスターとカレントミラーを構成する複数のトランジスターとを出力段に備え、この出力段に接続されたレーザーダイオードを駆動するためのレーザー駆動方法であって、
   前記レーザーダイオードの駆動時には、前記信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させることを特徴とするレーザー駆動方法。
5. レーザーダイオードから発光するレーザーをディスクに照射することによってデータの記録再生を行うディスク記録再生装置であって、
   前記レーザーダイオードを駆動するレーザー駆動回路は、信号源となるトランジスターと、前記信号源となるトランジスターとカレントミラーを構成する複数のトランジスターと、前記信号源となるトランジスターの出力インピーダンスを低下させるインピーダンス低下手段とを具備することを特徴とするディスク記録再生装置。
6. 前記レーザーダイオードは、ブルーレイディスク記録再生用のレーザーダイオードであることを特徴とする請求項５記載のディスク記録再生装置。
   

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