JP2009032359A - 受光増幅素子および光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択されない受光素子に迷光が照射されても、増幅回路の出力電圧の変動を抑えることができるとともに、簡易な構成で動作レンジの広い受光増幅素子を実現する。
【解決手段】本発明の受光増幅素子１１は、２つの受光素子１２・１３と、受光素子１２・１３が発生する電流を電圧変換して増幅する増幅回路１４と、受光素子１２・１３を選択するＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２を備え、さらに、受光素子１２とＭＯＳトランジスタＭ１との間、および受光素子１３とＭＯＳトランジスタＭ２との間の接続点に、バイアス回路１５が接続されている。例えば、受光素子１２が選択され、非選択の受光素子１３に迷光が照射され電流が発生した場合、バイアス回路１５は、受光素子１３にバイアス電流を流す。これにより、受光素子１３が発生する電流がＭＯＳトランジスタＭ２を強制的に介して増幅回路１４に流されることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＤ（赤外）／ＤＶＤ（赤色）／ＢＤ（青色）など複数の波長のレーザー光を用いるメディアに対応するよう、複数の受光素子を備えた受光増幅素子、および当該受光増幅素子を備える記録再生用光ディスク装置（光ピックアップ装置）に関するものである。

従来から、音声、映像、文書データなどを記録するメディアとして光ディスクが広く使用されており、光ディスクの記録または再生を行う光ディスク装置が各種開発されている。光ピックアップ装置は，光ディスク装置において、先端部分で光ディスクから信号の入出力を行う主要構成要素である。近年、青色レーザーに対応したメディアが増加してきており、既存メディアであるＣＤ（赤外）およびＤＶＤ（赤色）と合わせて、３つの光波長に対応した光ピックアップ装置の開発が進んでいる。

３つの波長に対応するために、複数の受光素子を備えて波長に合せて選択切替する機能に加えて、対応メディアの種類の増加に伴い、４段以上の複数の感度を切替える機能を備える必要がある。そのため、受光増幅素子のプロセスは、バイポーラトランジスタから、ＭＯＳトランジスタを内蔵したＢｉＣＭＯＳプロセスへ移行しつつある。ＭＯＳトランジスタを内蔵する事で、簡易なスイッチ制御が可能となり、機能増加による素子チップサイズの増大を抑制でき、且つ、各モード切替を行うロジック回路も容易に構成する事が可能となった。

図１０は、特許文献１に係る光ピックアップ装置１０１を示す概略図である。光ピックアップ装置１０１は、２波長半導体レーザーを使用することにより、光ディスク１０２（ＣＤ及びＤＶＤ）の記録／再生を行っており、集光レンズ１０４から構成される光学レンズ１０３、プリズム１０５、２波長レーザー素子１０６および受光増幅素子１１１を備えている。２波長レーザー素子１０６から出射されたレーザー光は、光学レンズ１０３を介して光ディスク１０２に照射され、その反射光がプリズム１０５により、受光増幅素子１１１へ導かれる構成となっている。

ここで、２波長レーザー素子１０６は、ＤＶＤ（６５０ｎｍ）用の発光点１０６ａおよびＣＤ（７８０ｎｍ）用の発光点１０６ｂの２つの発光点を備えている。このため、受光増幅素子１１１に入射される光は、ＤＶＤ対応時／ＣＤ対応時に２つの発光点１０６ａ・１０６ｂの間隔Ｘに合せて照射される事となる。

この発光点１０６ａ・１０６ｂの間隔に合せて、受光増幅素子１１１には、図１１に示すように、ＣＤ／ＤＶＤの記録／再生に対応した２つの受光部、すなわち、ＤＶＤ用メイン受光部１１２およびＣＤ用メイン受光部１１３が配置され、さらに、サブ受光部１１４が設けられている。ここで、ＤＶＤ用メイン受光部１１２とＣＤ用メイン受光部１１３との間隔Ｙは、上記発光点１０６ａ・１０６ｂの間隔Ｘと等しくなるように構成される。

図１２は、受光増幅素子１１１の構成を示す回路図である。受光増幅素子１１１は、ＤＶＤ／ＣＤそれぞれの受光部１１２・１１３に対して、それぞれ前段の増幅器Ａ１１２・Ａ１１３を備え、各増幅器Ａ１１２・Ａ１１３の出力端子は共通接続されて後段の増幅器Ａ１１５にて信号電圧増幅を行い出力される。ここで、増幅器Ａ１１２・Ａ１１３と増幅器Ａ１１５との間には、スイッチＳ１１６が設けられている。スイッチＳ１１６により各増幅器Ａ１１２・Ａ１１３の出力を切り替える事で、ＤＶＤとＣＤの２波長に対して受光部１１２・１１３の選択を行っている。

このように、受光増幅素子１１１は、２つの受光部１１２・１１３に対して２つの増幅器Ａ１１２・Ａ１１３を備える構成である。これに対し、前記２つの増幅器を共用して２つの受光部に対して増幅器を１つだけ設けることにより、受光増幅素子の縮小を図る方法が提案されている（例えば、特許文献２および特許文献３）。

図１３は、特許文献２に係る受光増幅素子１２１の構成を示す回路図である。受光増幅素子１２１は、ＤＶＤ／ＣＤそれぞれの受光部１２２・１２３および増幅器１２４を備えており、増幅器１２４の入力端子と出力端子との間に帰還抵抗Ｒｆ１２５で構成される帰還回路が設けられている。受光増幅素子１２１では、各受光部１２２・１２３と増幅器１２４との間に、ＭＯＳトランジスタＭ１２６・Ｍ１２７がそれぞれ設けられ、ＭＯＳトランジスタＭ１２６・Ｍ１２７のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、受光部１２２・１２３の選択切替を行っている。

図１４は、特許文献３に係る受光増幅素子１３１の構成を示す回路図である。受光増幅素子１３１は、２つの受光部１３２・１３３および増幅器１３４を備えており、増幅器１３４の入力端子と出力端子との間に帰還抵抗Ｒｆ１３５で構成される帰還回路が設けられている。また、各受光部１３２・１３３と増幅器１３４との間に、ダイオードＤ１３６・Ｄ１３７がそれぞれ設けられている。さらに、受光部１３２とダイオードＤ１３６との間の接続点にＮＰＮトランジスタＱ１３８のエミッタが接続され、受光部１３３とダイオードＤ１３７との間の接続点に、ＮＰＮトランジスタＱ１３９のエミッタが接続されている。

ここで、受光素子１３２で発生する電流を増幅器１３４に流す場合、ＮＰＮトランジスタＱ１３８をＯＦＦし、ＮＰＮトランジスタＱ１３９をＯＮさせる。これにより、受光素子１３２で発生する電流がダイオードＤ１３６を介して増幅器１３４に流れる一方、受光素子１３３に迷光が照射されて電流が生じても、当該電流はＮＰＮトランジスタＱ１３９のエミッタから供給され、ダイオードＤ１３６は逆バイアス状態になる。このため、受光素子１３３で発生する電流は増幅器１３４に流れない。

一方、受光素子１３３で発生する電流を増幅器１３４に流す場合、ＮＰＮトランジスタＱ１３９をＯＦＦし、ＮＰＮトランジスタＱ１３８をＯＮさせる。これにより、受光素子１３２に迷光が照射されて電流が生じても、当該電流はＮＰＮトランジスタＱ１３８のエミッタから供給され、ダイオードＤ１３７は逆バイアス状態になるため、受光素子１３２で発生する電流は増幅器１３４に流れない。

このように、受光増幅素子１３１では、ＮＰＮトランジスタＱ１３８・Ｑ１３９のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、受光部１３２・１３３の選択切替を行っている。
特開２００４−２２０５１号公報（２００４年１月２２日公開） 特開２００１−２０２６４６号公報（２００１年７月２７日公開） 特開２００７−１０４１７７号公報（２００７年４月１９日公開）

このように、上記特許文献２および３の構成では、２つの受光素子に対し増幅器が１つだけ設けられる構成であるため、受光増幅素子の縮小を図ることが可能となるが、以下の問題を生じる。

図１３に示す特許文献２に係る受光増幅素子１２１では、例えば、ＭＯＳトランジスタＭ１２６をＯＮし、ＭＯＳトランジスタＭ１２７をＯＦＦすることで、受光素子１２２を選択する場合、選択されていない受光素子１２３に迷光が照射されると、受光素子１２３が発生する電流は、ＯＦＦしているＭＯＳトランジスタＭ１２７を強制的に介して、増幅器１２４に流されることとなる。したがって、受光素子１２３が発生する電流は、選択されている受光素子１２２が発生する電流にノイズ電流として加算されてしまい、出力電圧が変動してしまう。このため、受光素子１２２・１３３を完全に分離して切り替ることはできない。

また、図１４に示す特許文献３に係る受光増幅素子１３１では、受光素子１３２・１３３を構成するフォトダイオードには、リーク電流防止および接合容量低減のため、通常約０．７Ｖ以上の逆バイアス電圧が印加される。このため、増幅器１３４が動作するために、増幅器１３４の入力電圧は、少なくとも、受光素子１３２・１３３における逆バイアス電圧（約０．７Ｖ）に、ダイオードＤ１３６・Ｄ１３７の動作電圧（約０．７Ｖ）を加えた電圧（約１．４Ｖ）より高くする必要がある。したがって、受光増幅素子１３１の動作レンジは、（電源電位Ｖｃｃ−約１．４）Ｖとなり、ダイオードＤ１３６・Ｄ１３７の動作電圧分（約０．７Ｖ）だけ、動作レンジがさらに狭くなってしまう。

さらに、受光増幅素子１３１では、受光素子が発生した電流は、当該受光素子とダイオードとの２つのＰＮ接合を介して増幅器１３４に流れるため、ショットノイズによるノイズ特性が悪化し、受光増幅素子１３１のＳＮ比が低下してしまう。特に、反射率の低い２層ディスクを用いる場合や、光ディスクを高速再生する場合、高いＳＮ比が要求されるため、受光増幅素子１３１では対応できないおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、選択されない受光素子に迷光が照射されても、増幅回路の出力電圧の変動を抑えることができるとともに、簡易な構成で動作レンジの広い受光増幅素子を実現することにある。

本発明に係る受光増幅素子は、上記課題を解決するために、受光量に応じて電流を発生する複数の受光素子と、前記電流を電圧に変換して増幅する増幅回路と、前記複数の受光素子と同数の第１ＭＯＳトランジスタとを備え、前記第１ＭＯＳトランジスタの各々は、前記増幅回路の入力端子と各受光素子との間にそれぞれ設けられることにより、前記増幅回路に前記電流を流す受光素子を選択し、前記受光素子と前記第１ＭＯＳトランジスタとの間の各接続点に、前記受光素子にバイアス電流を流すバイアス回路が接続されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、第１ＭＯＳトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御することで、増幅回路に電流を流す受光素子を選択し、当該電流は増幅回路によって電流電圧変換され出力される。ここで、受光素子と第１ＭＯＳトランジスタとの間の各接続点にバイアス回路が接続されているので、選択されていない受光素子に迷光が照射されて電流が発生しても、バイアス回路から当該選択されていない受光素子に電流が流される。すなわち、受光素子を非選択とするためにＯＦＦしている第１ＭＯＳトランジスタを介して、当該受光素子の発生する電流が増幅回路に流されることはないため、当該受光素子を増幅回路から完全に分離することができる。また、第１ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間電圧は、ダイオードのアノード−カソード間電圧に比べ非常に低いので、増幅回路の入力電圧は、受光素子における逆バイアス電圧程度で済む。

したがって、選択されない受光素子に迷光が照射されても、増幅回路の出力電圧の変動を抑えることができるとともに、簡易な構成で動作レンジの広い受光増幅素子を実現できるという効果を奏する。

本発明に係る受光増幅素子では、前記バイアス回路は、選択されない受光素子のみにバイアス電流を流すことが好ましい。

上記の構成によれば、選択されている受光素子の発生する電流が、増幅回路とバイアス回路の両方に分流されてしまうという不具合を回避できるため、増幅回路における、より精確な電流電圧変換が可能となる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記バイアス回路は、前記複数の受光素子と同数の第１バイポーラトランジスタと、当該第１バイポーラトランジスタのベースに定電圧を出力する定電圧回路とを備え、各第１バイポーラトランジスタのエミッタは、各受光素子にそれぞれ接続されている構成であってもよい。

本発明に係る受光増幅素子では、前記定電圧回路の出力電圧は、前記増幅回路の入力電圧より０．１Ｖ〜０．５Ｖ高いことが好ましい。

上記の構成によれば、第１バイポーラトランジスタからバイアス電流が流され、定電圧回路の出力電圧が増幅回路の入力電圧より０．１Ｖ〜０．５Ｖ高いため、選択されている受光素子に接続されている第１バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧も０．１Ｖ〜０．５Ｖとなる。したがって、第１バイポーラトランジスタはＯＦＦとなるため、選択されている受光素子に対してバイアス電流が流されることを回避できる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記定電圧回路の出力電圧は、前記増幅回路の入力電圧より約０．３Ｖ高いことが好ましい。

上記の構成によれば、選択されている受光素子に接続されている第１バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧は、約０．３Ｖとなるため、第１バイポーラトランジスタはより確実にＯＦＦとなる。したがって、選択されている受光素子に対してはバイアス電流を流さず、選択されていない受光素子にのみ、より確実にバイアス電流を流すことができる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記定電圧回路は、定電流源、第２バイポーラトランジスタ、第１抵抗および第２抵抗を備え、前記第１抵抗の一端は、接地されるとともに、前記第２バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、前記第２バイポーラトランジスタのコレクタは、前記定電流源、前記第２抵抗の一端、および前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、前記第２抵抗の他端は、前記第２バイポーラトランジスタのベースおよび前記第１抵抗の他端に接続されていることが好ましい。

上記の構成によれば、第１抵抗および第２抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、定電圧回路の出力電圧を設定することができる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記第１バイポーラトランジスタおよび前記第２バイポーラトランジスタの形状は、前記増幅回路の入力段トランジスタの形状と同一であることが好ましい。

上記の構成によれば、トランジスタ素子の整合が得られるため、温度やプロセスなどの変動に対して安定した特性を得ることができ、定電圧回路からの出力電圧を増幅回路の入力電圧に対して一定の電圧値でシフトした値に設定できる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記定電圧回路の出力電圧を補正する電圧補正回路をさらに備え、前記電圧補正回路は、トランスコンダクタンスアンプ、第３バイポーラトランジスタ、第４バイポーラトランジスタおよび第２ＭＯＳトランジスタを備え、前記第３バイポーラトランジスタは、コレクタとベースとがダイオード接続され、前記第３バイポーラトランジスタのベースは、前記第４バイポーラトランジスタのベースに接続され、前記第４バイポーラトランジスタのコレクタは、前記第２ＭＯＳトランジスタの一端および前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、前記第２ＭＯＳトランジスタの他端は、前記第２バイポーラトランジスタのコレクタに接続されることにより、前記第２バイポーラトランジスタのコレクタは、前記第２ＭＯＳトランジスタを介して前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、前記トランスコンダクタンスアンプは、前記増幅回路の出力電圧を電流に変換して当該電流を前記第３バイポーラトランジスタのコレクタに流し、前記トランスコンダクタンスアンプによって変換された前記電流の電流値は、前記増幅回路に流される電流の電流値と等しいことが好ましい。

上記の構成によれば、第３バイポーラトランジスタと第４バイポーラトランジスタとでカレントミラー回路が構成されるため、トランスコンダクタンスアンプによって変換された電流と等しい電流が、第２ＭＯＳトランジスタに流される。さらに、第２バイポーラトランジスタのコレクタは、第２ＭＯＳトランジスタを介して第１バイポーラトランジスタのベースに接続されるので、第１バイポーラトランジスタのベースには、定電流回路の出力電圧に第２ＭＯＳトランジスタでの電圧降下分を差し引いた補正電圧が出力される。

受光素子のカソードの電圧は、増幅回路の入力電圧から、増幅回路に流される電流による第１ＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗による電圧降下分を差し引いた電圧となる。ここで、トランスコンダクタンスアンプによって変換された電流の電流値は、増幅回路に流される電流の電流値と等しいため、上記補正電圧は、受光素子のカソードの電圧の変動に応じてシフトする。したがって、第１ＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗に関わらず、上記補正電圧と受光素子のカソードの電圧との電圧、すなわち、第１バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧の変動を抑えることができる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記第２ＭＯＳトランジスタの形状は、前記第１ＭＯＳトランジスタの形状と同一であることが好ましい。

上記の構成によれば、トランスコンダクタンスアンプによって変換された電流の電流値は、増幅回路に流される電流の電流値と等しいため、第１ＭＯＳトランジスタでの電圧降下と第２ＭＯＳトランジスタでの電圧降下が等しくなる。したがって、電圧補正回路により補正した電圧と受光素子のカソードの電圧との電圧、すなわち、第１バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧は、第１ＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗に関わらず一定となり、より確実に選択された受光素子のみにバイアス電流を流すことができる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記増幅回路の出力段トランジスタが飽和しないように、当該出力電圧を制限するクランプ回路をさらに備えることが好ましい。

上記の構成によれば、受光素子により大きな電流が流れた場合、出力段トランジスタが飽和して受光素子へバイアス電流が流せなくなる事による誤動作を防止でき、広いダイナミックレンジを実現できる。

本発明に係る受光増幅素子では、前記受光素子および前記増幅回路が、同一の半導体基板上に形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、素子の規模が小さくて済み、コストを低減させることができる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、上記受光増幅素子を備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記受光増幅素子は、増幅回路の出力電圧の変動を抑えることができ簡易な構成で動作レンジが広いため、高機能の光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る受光増幅素子は、以上のように、受光量に応じて電流を発生する複数の受光素子と、前記電流を電圧に変換して増幅する増幅回路と、前記複数の受光素子と同数の第１ＭＯＳトランジスタとを備え、前記第１ＭＯＳトランジスタの各々は、前記増幅回路の入力端子と各受光素子との間にそれぞれ設けられることにより、前記増幅回路に前記電流を流す受光素子を選択し、前記受光素子と前記第１ＭＯＳトランジスタとの間の各接続点に、前記受光素子にバイアス電流を流すバイアス回路が接続されている。したがって、選択されない受光素子に迷光が照射されても、増幅回路の出力電圧の変動を抑えることができるとともに、簡易な構成で動作レンジの広い受光増幅素子を実現できるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すると以下の通りである。

図２は、本実施の形態に係る光ピックアップ装置１の構成を示す概略図である。光ピックアップ装置１は、ＣＤ用／ＤＶＤ用レーザーの他、青色レーザーを用いて光ディスク２を記録／再生する３波長対応の光ピックアップ装置であり、光学レンズ４およびプリズム５・７からなる光学系３、２波長レーザー素子６、青色レーザー素子８および受光増幅素子１１を備えている。ＣＤ用／ＤＶＤ用レーザー光は、図１０に示す光ピックアップ装置１０１と同様、２波長レーザー素子６から光学レンズ４を介して光ディスク２に照射され、その反射光はプリズム５により、受光増幅素子１１へ導かれる。一方、青色レーザー光は、２波長レーザー素子６と独立した青色レーザー素子８からプリズム７および光学レンズ４を介して光ディスク２に照射され、その反射光はプリズム５により、受光増幅素子１１へ導かれる。なお、青色レーザー光は、青色レーザー素子８の設定位置と光学系３の調整により、受光増幅素子１１におけるＤＶＤ用受光部に導かれるように構成される。

ここで、３波長の各レーザーに対して、光ディスク２はＲＯＭディスク／Ｒディスク／ＲＷディスクなど数種類のメディアが存在し、更に、記録／再生の対応も必要である事から、光ディスク２の反射率とレーザーパワーとの組合せで受光増幅素子１１に入射される光信号レベルは大きく変動する事となる。このため、受光増幅素子１１の出力信号レベルを一定レベルに保ち、安定した信号処理を行うために、受光増幅素子１１は、多段ゲイン切替機能を有している。

図１は、受光増幅素子１１の概略を示す回路図である。受光増幅素子１１は、２つの受光素子１２・１３、増幅回路１４およびバイアス回路１５を備えている。受光素子１２・１３は、照射されるレーザー光を電流に変換するフォトダイオードで構成される。例えば、受光素子１２には、ＤＶＤ用レーザーおよび青色レーザーが照射され、受光素子１３には、ＣＤ用レーザーが照射される。

増幅回路１４は、増幅器および帰還回路から構成される。増幅器は、入力段トランジスタとなるＮＰＮトランジスタＱ１、出力段トランジスタとなるＮＰＮトランジスタＱ２および定電流源Ｉ１・Ｉ２から構成され、帰還回路は、３つの帰還抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ３およびスイッチ用ＭＯＳトランジスタＭ３・Ｍ４から構成される。当該帰還回路は、帰還抵抗Ｒｆ１と、帰還抵抗Ｒｆ２・ＭＯＳトランジスタＭ３の直列回路と、帰還抵抗Ｒｆ３・ＭＯＳトランジスタＭ４の直列回路とが並列に接続されて構成されている。ＭＯＳトランジスタＭ３・Ｍ４の各ゲートには、ゲイン切替用信号発生回路（図示せず）からゲイン切替用信号が入力される。ＭＯＳトランジスタＭ３・Ｍ４をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、増幅回路１４は、４段のゲイン切替機能を有する構成となっている。ここで、少なくとも受光素子１２・１３および増幅回路１４が、同一の半導体基板上に形成されていることが好ましい。これにより、素子の規模の縮小が容易になる。

なお、ゲインの段数はこれに限定されず、帰還抵抗とスイッチ用ＭＯＳトランジスタとの直列回路を複数並列に接続する事により、任意の段数のゲイン切替機能を実現できる。

増幅回路１４のトランジスタＱ１のベースは、増幅回路１４の入力端子に相当し、当該入力端子と受光素子１２・１３との間には、受光素子選択用のＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２がそれぞれ設けられている。ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２の各ゲートには、受光素子切替用信号発生回路（図示せず）から受光素子切替用ＳＷ信号が入力される。

なお、バイポーラプロセスでゲイン切替等を行う場合、バイポーラトランジスタを電流にてＯＮ／ＯＦＦさせるため、各ゲインモード毎に電流源回路が必要となり、チップ面積の増大、消費電流の増大を招くという問題があった。これに対し、受光増幅素子１１では、ＢｉＣＭＯＳプロセスの採用により、受光素子やゲインの選択切替をＭＯＳトランジスタにより行っている。このように、ＢｉＣＭＯＳプロセスの電圧でＯＮ／ＯＦＦ動作するＭＯＳトランジスタを利用する事で、ゲイン切替用信号発生回路や受光素子切替用信号発生回路を縮小し、消費電流の抑制が可能となっている。

さらに、受光増幅素子１１では、受光素子１２とＭＯＳトランジスタＭ１のソースとの接続点、および、受光素子１３とＭＯＳトランジスタＭ２との接続点に、バイアス回路１５が接続される。バイアス回路１５は、当該各接続点から受光素子１２・１３にバイアス電流を流す回路である。

例えば、受光素子１３を選択する場合、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに受光素子切替用ＳＷ信号を入力して、ＭＯＳトランジスタＭ２をＯＮする。一方、受光素子１２は選択されないため、ＭＯＳトランジスタＭ１はＯＦＦする。これにより、受光素子１３にレーザー光が照射されると、受光素子１３は電流を発生し、当該電流が増幅回路１４に流される。増幅回路１４では、例えばＭＯＳトランジスタＭ３のみＯＮとなり、帰還抵抗Ｒｆ１およびＲｆ２の合成抵抗により電圧変換増幅されて出力信号となる。

一方、選択されていない受光素子１２に迷光が入射した場合、受光素子１２も電流を発生する。ここで、受光素子１２とＭＯＳトランジスタＭ１のソースとの接続点にバイアス回路１５が接続されており、バイアス回路１５から受光素子１２に電流が流される。したがって、ＭＯＳトランジスタＭ２を介して、受光素子１２の発生する電流が増幅回路１４に流されることはない。このように、選択されない受光素子に迷光が照射されても、当該受光素子を増幅回路１４から完全に分離することができるため、増幅回路１４の出力電圧の変動を抑えることができる。

また、受光増幅素子１１では、受光素子１２・１３の選択のために、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２を設けている。ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２のソース・ドレイン間電圧は、ダイオードのアノード−カソード間電圧に比べ非常に低いので、増幅回路１４の入力電圧は、受光素子１２・１３における逆バイアス電圧（約０．７Ｖ）程度で済む。したがって、受光増幅素子１１の動作レンジは、（電源電位Ｖｃｃ−約０．７）Ｖとなり、図１４に示す受光増幅素子１３１に比べ広い動作レンジを確保できる。特に、レーザーパワーが大きくなる記録モードに対応しやすく、素子の低電圧化を図ることができる。

さらに、受光増幅素子１１は、図１４に示す受光増幅素子１３１と異なり、受光素子選択用のダイオードを設けていないため、受光増幅素子１３１と比べ、ショットノイズの発生が少ない。このため、ノイズ特性の劣化が少なく良好なＳＮ比を確保でき、反射率の低い２層ディスクや、光ディスクの高速再生にも対応できる。なお、本実施の形態では、Ｖｃｃ＝５．０Ｖとなっているが、これに限定されない。

また、通常、受光素子が発生する電流は、増幅回路１４のトランジスタＱ２のエミッタより帰還回路を介して供給される。ここで、記録モード等において、受光素子に大光量のレーザー光が照射され、大電流が発生すると、増幅回路１４の出力電圧Ｖｏが上昇しトランジスタＱ２が飽和してしまう場合がある。そうなると、トランジスタＱ２が受光素子に電流を供給できなくなるため、受光素子自身が飽和してしまい、素子が誤動作したり、受光素子自身の飽和からの復帰に時間がかかるなどの不具合を生じる。このような場合でも、バイアス回路１５より電流が流されるため、受光素子自身の飽和を防止できる。

続いて、図３〜図５に基づいて、バイアス回路１５の構成について説明する。

図３は、受光増幅素子１１の構成を示す回路図であり、バイアス回路１５の構成の一例を図示している。バイアス回路１５は、２つのＮＰＮトランジスタＱ３・Ｑ４および定電圧回路１５ａを備えており、定電圧回路１５ａは、ＮＰＮトランジスタＱ３・Ｑ４の各ベースに接続されている。なお、図３では、バイアス回路１５以外の構成は、図１に示す構成と同一である。

ここで、バイアス回路１５は、非選択となる受光素子に対してのみバイアス電流を流す構成となっている。例えば、受光素子１２が選択され受光素子１３が非選択の場合、定電圧回路１５ａは、トランジスタＱ４を選択しトランジスタＱ３を非選択とするように動作する。これにより、選択されている受光素子１２に対してバイアス電流が流されることにより、受光素子１２の発生する電流が、増幅回路１４とバイアス回路１５の両方に分流されてしまうという不具合を回避できる。これにより、増幅回路１４における、より精確な電流電圧変換が可能となる。

このように、選択されている受光素子にのみバイアス電流を流すための具体的な構成について、図４および図５に基づいて説明する。

図４は、受光増幅素子１１のさらに詳細な構成を示す回路図である。図４では、図３に示す構成において、定電圧回路１５ａをさらに詳細に示している。定電圧回路１５ａは、ＮＰＮトランジスタＱ５、抵抗Ｒ１・Ｒ２および定電流源Ｉ３を備えるＶＢＥマルチプライヤ回路である。抵抗Ｒ１の一端は、接地されるとともに、トランジスタＱ５のエミッタに接続されている。トランジスタＱ５のコレクタは、定電流源Ｉ３、抵抗Ｒ２の一端、およびトランジスタＱ３・Ｑ４のベースに接続されている。前記抵抗Ｒ２の他端は、トランジスタＱ５のベースおよび抵抗Ｒ１の他端に接続されている。

ここで、抵抗Ｒ１・Ｒ２の抵抗値は、例えばＲ１＝１５ｋΩ、Ｒ２＝６ｋΩに設定されている。これにより、トランジスタＱ５のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥが０．７Ｖの場合、トランジスタＱ５のコレクタ電圧（すなわち、定電圧回路１５ａの出力電圧）は、
（（Ｒ１＋Ｒ２）×ＶＢＥ）／Ｒ１＝０．９８Ｖ≒１．０Ｖ
となる。

ここで、例えば、受光素子１２が選択され受光素子１３が非選択の場合、受光素子１２のカソードの電圧は、増幅回路１４の入力電圧とほぼ等しく、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧である約０．７Ｖとなる。したがって、トランジスタＱ３のベース電圧は約１．０Ｖ、エミッタ電圧は約０．７Ｖで、ベース−エミッタ間電圧が約０．３Ｖとなり、トランジスタＱ３はＯＦＦとなる。一方、受光素子１３のカソードの電圧は０Ｖであるため、トランジスタＱ４のベース−エミッタ間電圧は、約１．０Ｖとなり、トランジスタＱ４はＯＮとなる。したがって、非選択の受光素子１３にのみバイアス電流が流されることとなる。

このように、定電圧回路１５ａの出力電圧を、増幅回路１４の入力電圧より約０．３Ｖ高く設定することにより、バイアス回路１５は、確実に選択されている受光素子にのみバイアス電流を流すことができる。

なお、定電圧回路１５ａの出力電圧と増幅回路１４の入力電圧との差は、約０．３Ｖに限定されないが、一定の範囲に設定されることが望ましい。トランジスタＱ３・Ｑ４では、ベース−エミッタ間電圧が約０．６Ｖ以上になるとバイアス電流が流れ始める。したがって、定電圧回路１５ａの出力電圧を高くすると、選択されている受光素子に対してもバイアス電流を流してしまう虞がある。一方、定電圧回路１５ａの出力電圧と増幅回路１４の入力電圧との差を低く設定すると、増幅回路１４の入力電圧が低い場合、選択されていない受光素子に対してバイアス電流を十分に流すことができない虞がある。このため、例えば、定電圧回路１５ａの出力電圧が増幅回路１４の入力電圧より、０．１〜０．５Ｖ高くなるように、抵抗Ｒ１・Ｒ２の抵抗値を設定してもよい。

また、受光増幅素子１１では、各トランジスタＱ３・Ｑ４・Ｑ５の形状は、増幅回路１４の入力段トランジスタであるトランジスタＱ１の形状と同一であることが望ましい。これにより、トランジスタ素子の整合が得られるため、温度やプロセスなどの変動に対して安定した特性を得ることができ、定電圧回路１５ａからの出力電圧を増幅回路１４の入力電圧に対して一定の電圧値でシフトした値に設定できる。

図５に、選択されている受光素子にのみバイアス電流を流す他の構成例を示す。図５は、受光増幅素子２１の構成を示す回路図である。受光増幅素子２１は、図３に示す受光増幅素子１１において、受光素子１２とトランジスタＱ３との間、および、受光素子１３とトランジスタＱ４との間に、それぞれＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ５・Ｍ６を設け、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ６の各ゲート、および、ＭＯＳトランジスタＭ２・Ｍ５の各ゲートを接続した構成と同一である。すなわち、受光増幅素子２１では、ＭＯＳトランジスタＭ５・Ｍ６の各ゲートにも、受光素子切替用ＳＷ信号が入力される。

ここで、受光素子１２を選択し受光素子１３を非選択とする場合、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ６がＯＮとなり、ＭＯＳトランジスタＭ２・Ｍ５はＯＦＦとなる。これにより、選択されない受光素子１３にのみバイアス電流が流され、選択される受光素子１２にはバイアス電流が流されない。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について、図６および図７に基づいて説明すると以下の通りである。本実施の形態では、増幅回路の出力電圧値を制限する構成について説明する。

図６は、本実施の形態に係る受光増幅素子３１の構成を示す回路図である。受光増幅素子３１は、図１に示す受光増幅素子１１において、さらにクランプ回路１６を備える構成である。クランプ回路１６は、ＰＮＰトランジスタＱ６を備えており、トランジスタＱ６のエミッタは増幅回路１４の出力端子に接続され、コレクタは接地され、ベースには所定の定電圧が入力される。これにより、クランプ回路１６は、当該定電圧の定電圧値＋トランジスタＱ６のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（約０．７Ｖ）の電圧値以上に、増幅回路１４の出力電圧Ｖｏの電圧値が上がらないように動作する。したがって、受光素子により大きな電流が流れた場合、トランジスタＱ２が飽和して受光素子へバイアス電流が流せなくなる事による誤動作を防止でき、広い入力光信号電流範囲（ダイナミックレンジ）を実現できる。

なお、クランプ回路は、増幅回路の出力電圧値を制限するものであれば、上記に限定されない。続いて、クランプ回路の変形例を図７に基づいて説明する。

図７は、本実施の形態に係る受光増幅素子４１の構成を示す回路図である。受光増幅素子４１は、図６に示す受光増幅素子３１において、クランプ回路１６の代わりにクランプ回路２６を備える構成と同一である。クランプ回路２６は、３つのダイオードＤ１〜Ｄ３を備えている。ダイオードＤ１〜Ｄ３は、この順に増幅回路１４の出力端子側から直列に接続され、ダイオードＤ３のカソードには定電圧が入力される。これにより、クランプ回路２６は、当該定電圧の定電圧値＋ダイオードＤ１〜Ｄ３の順方向電圧値以上に、増幅回路１４の出力電圧Ｖｏの電圧値が上がらないように動作する。なお、ダイオードＤ３のカソードをトランジスタＱ１のベースに接続して、ダイオードＤ１〜Ｄ３を帰還抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ３と並列接続させてもよい。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図８および図９に基づいて説明すると以下の通りである。本実施の形態では、受光素子選択用ＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗による増幅回路の入力電圧の低下に応じて、バイアス回路内の定電圧回路の出力電圧を補正する構成について説明する。

図８は、本実施の形態に係る受光増幅素子５１の概略を示す回路図である。受光増幅素子５１は、図１に示す受光増幅素子１１において、バイアス回路１５をバイアス回路２５に置き換えた構成であり、バイアス回路２５は、出力電圧Ｖｏをフィードバックすることによりバイアス電流を発生する。受光素子の選択切替用のＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２には、スイッチＯＮ抵抗が存在する。そのため、受光素子が電流を発生した場合、当該電流とスイッチＯＮ抵抗成分により、増幅回路１４の入力電圧が低下することになる。

ここで、受光増幅素子５１では、この入力電圧の低下を補正するために、増幅回路１４の出力電圧Ｖｏに基づいて、受光素子が発生する電流の電流値を検出し、バイアス回路２５にフィードバックする。これにより、バイアス回路２５内の定電圧回路の出力電圧値を補正する。

図９は、受光増幅素子５１の詳細を示す回路図である。図９では、バイアス回路２５の詳細な構成が示されており、バイアス回路２５は、図４に示すバイアス回路１５において、さらに、電圧補正回路１５ｂを備えた構成である。電圧補正回路１５ｂは、ｇｍアンプ（トランスコンダクタンスアンプ）１７、２つのＮＰＮトランジスタＱ７・Ｑ８、およびＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ７を有している。具体的には、トランジスタＱ７は、コレクタとベースとがダイオード接続され、トランジスタＱ７のベースは、トランジスタＱ８のベースに接続されている。トランジスタＱ８のコレクタは、ＭＯＳトランジスタＭ７のソースおよびトランジスタＱ３・Ｑ４のベースに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ７のドレインは、トランジスタＱ５のコレクタに接続されている。すなわち、トランジスタＱ５のコレクタは、ＭＯＳトランジスタＭ７を介してトランジスタＱ３・Ｑ４のベースに接続されている。これにより、定電圧回路１５ａの出力電圧は、ＭＯＳトランジスタＭ７を介してトランジスタＱ３・Ｑ４のベースに出力される。さらに、ｇｍアンプ１７は、トランジスタＱ７のコレクタと増幅回路１４の出力端子との間に設けられている。

ｇｍアンプ１７は、増幅回路１４の出力電圧Ｖｏを電圧電流変換する。さらに、ｇｍアンプ１７は、変換された電流値が、増幅回路１４のゲインに関わらず増幅回路１４に流される電流値と等しくなるように構成されている。ｇｍアンプ１７によって変換された電流は、トランジスタＱ７のコレクタに流される。ここで、トランジスタＱ７・Ｑ８は、カレントミラー回路を構成しているため、ｇｍアンプ１７によって変換された電流と同じ電流が、ＭＯＳトランジスタＭ７に流される。

定電圧回路１５ａの出力電圧は、ＭＯＳトランジスタＭ７を介してトランジスタＱ３・Ｑ４のベースに出力される。このため、トランジスタＱ３・Ｑ４のベース電圧は、ＭＯＳトランジスタＭ７のオン抵抗分低くなる。

また、ＭＯＳトランジスタＭ７は、受光素子選択用のＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２と同一形状となっていることが望ましい。これにより、ＭＯＳトランジスタＭ７における電圧降下は、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２における電圧降下と等しくなる。したがって、受光素子選択用ＭＯＳトランジスタでの電圧低下に応じて、定電圧回路１５ａの出力電圧を精度よく補正することができる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭ１・Ｍ２のＯＮ抵抗に関わらず、補正された定電圧回路１５ａの出力電圧と受光素子のカソードの電圧との差、すなわちトランジスタＱ３・Ｑ４のベース−エミッタ間電圧を一定とすることができ、より確実に選択された受光素子のみにバイアス電流を流すことができる。なお、電圧補正回路１５ｂにおける素子の一部または全部を、バイアス回路２５の外部に設けてもよい。

また、実施の形態１〜３では、受光素子が２つ設けられている構成について説明したが、受光素子は３つ以上であってもよい。この場合も、受光素子と当該受光素子を選択するためのＭＯＳトランジスタとを直列接続したセットを、さらに増幅回路１４の入力端子に並列接続することにより、任意数の受光素子切替を実現できる。また、本実施の形態に係る受光増幅素子を備える光ピックアップ装置は、図２に示す光ピックアップ装置１に限らず、複数のレーザー光を使用する光ピックアップ装置であればよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、複数の波長のレーザー光を用いる光ピックアップ装置に好適に適用できる。

本発明に係る受光増幅素子の概略を示す回路図である。 本発明に係る光ピックアップ装置の構成を示す概略図である。 上記受光増幅素子の構成を示す回路図である。 図３に示す受光増幅素子のさらに詳細な構成を示す回路図である。 図３に示す受光増幅素子の変形例を示す回路図である。 本発明に係る他の受光増幅素子の構成を示す回路図である。 図６に示す受光増幅素子の変形例を示す回路図である。 本発明に係るさらに他の受光増幅素子の構成を示す回路図である。 図８に示す受光増幅素子の詳細を示す回路図である。 従来の光ピックアップ装置の構成を示す概略図である。 図１０に示す光ピックアップ装置に設けられる受光増幅素子の受光部形状を示す図である。 図１１に示す受光増幅素子の構成を示す回路図である。 従来の他の受光増幅素子の構成を示す回路図である。 従来のさらに他の受光増幅素子の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 受光増幅素子
１２、１３ 受光素子
１４ 増幅回路
１５、２５ バイアス回路
１５ａ 定電圧回路
１５ｂ 電圧補正回路
１６、２６ クランプ回路
１７ ｇｍアンプ（トランスコンダクタンスアンプ）
Ｍ１、Ｍ２ ＭＯＳトランジスタ（第１ＭＯＳトランジスタ）
Ｍ７ ＭＯＳトランジスタ（第２ＭＯＳトランジスタ）
Ｑ１ トランジスタ（入力段トランジスタ）
Ｑ２ トランジスタ（出力段トランジスタ）
Ｑ３、Ｑ４ トランジスタ（第１バイポーラトランジスタ）
Ｑ５ トランジスタ（第２バイポーラトランジスタ）
Ｑ７ トランジスタ（第３バイポーラトランジスタ）
Ｑ８ トランジスタ（第４バイポーラトランジスタ）

Claims (12)

1. 受光量に応じて電流を発生する複数の受光素子と、前記電流を電圧に変換して増幅する増幅回路と、前記複数の受光素子と同数の第１ＭＯＳトランジスタとを備え、
   前記第１ＭＯＳトランジスタの各々は、前記増幅回路の入力端子と各受光素子との間にそれぞれ設けられることにより、前記増幅回路に前記電流を流す受光素子を選択し、
   前記受光素子と前記第１ＭＯＳトランジスタとの間の各接続点に、前記受光素子にバイアス電流を流すバイアス回路が接続されていることを特徴とする受光増幅素子。
2. 前記バイアス回路は、選択されない受光素子のみにバイアス電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の受光増幅素子。
3. 前記バイアス回路は、前記複数の受光素子と同数の第１バイポーラトランジスタと、当該第１バイポーラトランジスタのベースに定電圧を出力する定電圧回路とを備え、
   各第１バイポーラトランジスタのエミッタは、各受光素子にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項２に記載の受光増幅素子。
4. 前記定電圧回路の出力電圧は、前記増幅回路の入力電圧より０．１Ｖ〜０．５Ｖ高いことを特徴とする請求項３に記載の受光増幅素子。
5. 前記定電圧回路の出力電圧は、前記増幅回路の入力電圧より約０．３Ｖ高いことを特徴とする請求項４に記載の受光増幅素子。
6. 前記定電圧回路は、定電流源、第２バイポーラトランジスタ、第１抵抗および第２抵抗を備え、
   前記第１抵抗の一端は、接地されるとともに、前記第２バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、
   前記第２バイポーラトランジスタのコレクタは、前記定電流源、前記第２抵抗の一端、および前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、
   前記第２抵抗の他端は、前記第２バイポーラトランジスタのベースおよび前記第１抵抗の他端に接続されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の受光増幅素子。
7. 前記第１バイポーラトランジスタおよび前記第２バイポーラトランジスタの形状は、前記増幅回路の入力段トランジスタの形状と同一であることを特徴とする請求項６に記載の受光増幅素子。
8. 前記定電圧回路の出力電圧を補正する電圧補正回路をさらに備え、
   前記電圧補正回路は、トランスコンダクタンスアンプ、第３バイポーラトランジスタ、第４バイポーラトランジスタおよび第２ＭＯＳトランジスタを備え、
   前記第３バイポーラトランジスタは、コレクタとベースとがダイオード接続され、
   前記第３バイポーラトランジスタのベースは、前記第４バイポーラトランジスタのベースに接続され、
   前記第４バイポーラトランジスタのコレクタは、前記第２ＭＯＳトランジスタの一端および前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、
   前記第２ＭＯＳトランジスタの他端は、前記第２バイポーラトランジスタのコレクタに接続されることにより、前記第２バイポーラトランジスタのコレクタは、前記第２ＭＯＳトランジスタを介して前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、
   前記トランスコンダクタンスアンプは、前記増幅回路の出力電圧を電流に変換して当該電流を前記第３バイポーラトランジスタのコレクタに流し、
   前記トランスコンダクタンスアンプによって変換された前記電流の電流値は、前記増幅回路に流される電流の電流値と等しいことを特徴とする請求項６または７に記載の受光増幅素子。
9. 前記第２ＭＯＳトランジスタの形状は、前記第１ＭＯＳトランジスタの形状と同一であることを特徴とする請求項８に記載の受光増幅素子。
10. 前記増幅回路の出力段トランジスタが飽和しないように、当該出力電圧を制限するクランプ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の受光増幅素子。
11. 前記受光素子および前記増幅回路が、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の受光増幅素子。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の受光増幅素子を備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。

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