JP2734050B2

JP2734050B2 - 半導体レーザ駆動回路

Info

Publication number: JP2734050B2
Application number: JP1013467A
Authority: JP
Inventors: 晶弘高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JPH02193332A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕半導体レーザの駆動回路に関する。

〔従来の技術〕第３図に、書き込み可能な光ディスク装置に応用した
半導体レーザ（以下LDと称す）の駆動回路の従来例を示
す。この回路は、LD出射パワーが常に一定となるように
LD駆動電流を制御する回路形式すなわちAPC（Auto Powe
r Control）である。

第３図において、（10）はLD、（11）（12）（13）
（14）は夫々第１、第２、第３、第４のトランジスタ、
（24）は基底レベル設定点、（25）はレーザ光パルス振
幅設定端子、（26）は変調信号入力端子である。

第１のトランジスタ（11）のコレクタはコレクタ負荷
抵抗（15）を介して、また第２のトランジスタ（12）の
コレクタもコレクタ負荷抵抗（16）を介して、ともに基
底レベル設定点（24）に接続されている。第１と第２の
トランジスタ（11）（12）のエミッタはともに第３のト
ランジスタ（13）のコレクタに接続され、第３のトラン
ジスタ（13）のエミッタはエミッタ抵抗（17）を介して
電源の一端へ、すなわち接地されている。レーザ光パル
ス振幅設定端子（25）と第３のトランジスタ（13）のベ
ースとの間に接続された増幅器（39）は第３のトランジ
スタ（13）のコレクタ電流が温度変化等で変化しないよ
うに補償制御するためのもので、レーザ光パルス振幅設
定端子（25）はこの増幅器（39）の非反転入力端に接続
され、増幅器（39）の出力はトランジスタ（13）のベー
スに接続され、トランジスタ（13）のエミッタは抵抗
（17）を介して接地されると共に、増幅器（39）の反転
入力端に接続され、負帰還がかけられている。第１と第
２のトランジスタ（11）（12）の各ベースは電源の他端
（＋Ｖ）とバイアス点安定用定電圧電源（27）との間
に、夫々、２つの抵抗（18）（19）と（20）（21）との
直列分圧回路を接続してなるバイアス回路の各分圧接続
点（28）（29）に接続されており、一方の第２のトラン
ジスタ（12）のベースはさらに入力抵抗（22）を介して
前記変調信号入力端子（26）に接続されている。第１の
トランジスタ（11）のコレクタには第４のトランジスタ
（14）のベースが接続され、第４のトランジスタ（14）
のコレクタは電源の他端（＋Ｖ）へ、そしてエミッタ
は、エミッタ抵抗（23）を介してLD（10）の一端側に接
続され、LD（10）の他端は電源の一端に接続、すなわち
接地されている。

ここまでの回路構成において、基底レベル設定点（2
4）に基底レベル設定電圧が入力され、レーザ光パルス
振幅設定端子（25）に光パルス振幅設定電圧Vaが供給さ
れており、変調信号入力端子（26）に信号入力が無い状
態では、第１のトランジスタ（11）が導通して第２のト
ランジスタ（12）が遮断となり、変調信号入力端子（2
6）が高（Ｈ）レベルになると第１のトランジスタ（1
1）が遮断して第２のトランジスタ（12）が導通となる
ように、バイアス回路の抵抗（18）（19）（20）（21）
の値を選んでおくものとする。

第３のトランジスタ（13）のコレクタ電流ic₃は、エ
ミッタ抵抗（17）の抵抗値をR₁₇とすると、光パルス振
幅設定電圧Vaにより、 ic₃＝Va/R₁₇ ……（１）である。コレクタ負荷抵抗（15）の抵抗値をR₁₅とする
と、第１のトランジスタ（11）のコレクタ電圧Vcは、変
調信号入力端子（26）への変調信号入力が高（Ｈ）レベ
ルのときに、基底レベル設定点（24）の電圧をV₂₄とす
ると、 Vc（Ｈ）＝V₂₄ ……（２）となり、同じく低（Ｌ）レベルのときに、 Vc（Ｌ）＝V₂₄−ic₃・R₁₅ ＝V₂₄−Va・（R₁₅/R₁₇）（３）となる。

第４のトランジスタ（14）によるエミッタホロワによ
ってLD（10）に流れる電流パルスの振幅は、前記Va・
（R₁₅/R₁₇）に比例し、レーザ発光領域では光出力とし
て電流にほぼ比例した発光パワーが得られるので、Va・
（R₁₅/R₁₇）に実質的に比例したLD（10）の光パルス振
幅を得ることが可能である。

このようにLD駆動回路では、そのレーザ光の光パルス
振幅は、変調信号入力とは独立して、レーザ光パルス振
幅設定端子（25）への基底レベル設定電圧Vaによって任
意に設定でき、さらに変調信号入力は振幅に情報を含ま
ずにただ第１と第２のトランジスタ（11）（12）のスイ
ッチングを行なうだけであり、変調信号入力のレベルが
ノイズ等で変動しても所定の光パルス振幅を持った基底
レベル出力Pbおよび変調ピークレベル出力Pmがともに一
定のレーザ光出力を得ることができるものである。

更に第３図を使って、従来例の説明を続ける。（30）
は光出力モニタ用フォトダイオードである。このフォト
ダイオード（30）で得られた光電流は、電流電圧変換器
（31）とローパスフィルタ（32）を介して光出力の平均
値信号として演算増幅器（33）の反転入力端に入力さ
れ、該増幅器（33）の出力は前記基底レベル設定点（2
4）に供給され、従って前記フォトダイオード（30）に
よる光出力のフィードバックループが形成されている。
増幅器（33）の非反転入力端には、光量設定電圧端子
（34）で与えられる光量設定電圧Vpが入力され、また書
き込みストローブ信号入力端子（35）に情報書き込み期
間であることを示すストローブ信号が到来しているとき
に閉じるアナログスイッチ（36）および増幅器（37）と
ローパスフィルタ（38）を介して基底レベル設定電圧Va
も入力されるようになされている。レーザ光パルス振幅
設定端子（25）と第３のトランジスタ（13）のベースと
の間に接続された増幅器（39）は第３のトランジスタ
（13）のコレクタ電流が温度変化等で変化しないように
補償制御するためのもので、レーザ光パルス振幅設定端
子（25）はこの増幅器（39）の非反転入力端に接続さ
れ、増幅器（39）の出力はトランジスタ（13）のベース
に接続され、トランジスタ（13）のエミッタから増幅器
（39）の反転入力端に負帰還がかけられている。

光ディスク装置のディスク再生時において、光量設定
電圧端子（34）の光量設定電圧Vpはそのまま演算増幅器
（33）の非反転入力端に供給され、フォトダイオード
（30）によるモニタ出力電圧と比較してLD（10）の光出
力が、周囲温度等に影響されずに所定値となるように制
御される。

書き込み時には、レーザのモニタ出力電圧は光変調出
力の平均値に相当する電圧分だけ上昇するため、書き込
みストローブ信号をストローブ信号入力端子（35）に与
えてアナログスイッチ（36）をスイッチングオンさせ、
書き込み期間中は、レーザ光パルス振幅設定端子（25）
の光パルス振幅設定電圧Vaを増幅器（37）及びローパス
フィルタ（38）を介して光量設定電圧端子（34）の光量
設定電圧Vpに加え、これを増幅器（33）の非反転入力端
に供給して光出力の平均値のモニタ電圧Vm（フィードバ
ック信号）と比較する。

モニタ電圧信号Vmは、書き込み期間では光パルス振幅
の平均値に相当する電圧だけ上昇し、更に書き込み開始
時と終了時にはローパスフィルタ（32）の時定数により
波形がだれる。従って書き込み時には、光パルス振幅設
定電圧Vaから増幅器（37）によって光パルス振幅の平均
値に相当する電圧を作り出し、ローパスフィルタ（32）
と同じ時定数をもつローパスフィルタ（38）を通してこ
れを光量設定電圧端子（34）の光量設定電圧Vpに加えた
うえで演算増幅器（33）の非反転入力端子に入力する。

このように書き込み期間では光出力の平均値の変化に
相当する電圧を光量設定電圧Vpに加えたうえで演算増幅
器（33）に供給し、光出力の平均値のモニタ電圧Vmと比
較するので、演算増幅器（33）の出力電圧は再生期間及
び書き込み期間で一定となり、変調出力の基底レベルは
光振幅によらず、再生時と同一の値になるように制御さ
れることになる。従ってこの第３図の例では、光出力の
基底レベルと光出力パルス振幅とを夫々独立に可変とす
ることができる。

更に第３図において、（40）は高周波信号（以下RFと
称す）重畳のためのRF信号源、（41）はRF信号をオン又
はオフするためのスイッチ、（42）はRL信号源（40）の
出力信号をLDに伝達するために用いるカップリングコン
デンサである。これらは一般によく知られているRF重畳
回路であり、光ディスク装置のLDノイズの低減のために
設けていた。但しここで、LD（10）にRF重畳を施す場
合、光ディスク装置の消去或いは記録などの、LDの高パ
ワー発光時には、LDの破壊防止のためにRF重畳をオフす
る必要があり、そのためにスイッチ（41）を設けてあっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図にLD（10）の発光状態とスイッチ（41）の状態
を示す。第４図（ａ）はLDの発光状態を、同（ｂ）はRF
重畳のスイッチ（41）のオン又はオフの信号の状態を表
している。第４図（ａ）と同（ｂ）でわかるように、高
パワーで発光する消去／記録モードになっている期間で
は、スイッチ（41）はオフとなっている。

従って、第３図に示したような従来のAPC回路では、R
F重畳のオン又はオフを瞬時に行っている為に、第４図
（ａ）のUS、OSに示されるように、RFをオフからオンに
する時には再生光量がオーバーシュートし第４図（ａ）
のOSに示す如くとなり、逆にRFをオンからオフにする時
には再生光量がアンダーシュートを起こして第４図
（ａ）のUSに示す如くとなってしまう。この為、オーバ
ーシュートする時には、LDの発光量が既定の量を越えて
しまい、最悪の場合には、ディスク面に記録済みの信号
を破壊してしまうなどの問題点があった。また、アンダ
ーシュート時には、LDの発光量が低下して再生信号のS/
Nが低下してしまうなどの問題点があった。ここで、RF
重畳のオン又はオフを瞬時に行うとLD出射パワーがオー
バー或いはアンダーシュートする理由を以下に、第５図
を参照して説明する。

第５図（ａ）は、一般的なLDの駆動電流対光出射パワ
ー特性である。横軸がLD駆動電流I_OP、たて軸がLD光出
射パワーP₀を示す。第５図（ｂ）と同（ｃ）は、第４図
（ｂ）に示すスイッチ（41）をオンからオンに変化する
時におけるLD駆動電流の変化とLD出射パワーの変化を夫
々示した図である。光ディスク装置の消去状態が終了す
ると再生状態となるが、再生状態が安定した後には第５
図（ａ）のＡ点に示す駆動電流が流れている。充分安定
した後にスイッチ（41）がオンすなわちRF重畳がオンさ
れる。ここで、電子情報通信学会電子デバイス研究会予
稿集（盛文社発行）ED86−12,P.41−P.46（1986）に示
されているように、LDの光出力を低ノイズ化する為に
は、LDの光出力をマルチモードにする必要があり、また
そのためにはRF重畳すればよいが、RF電流によって変調
されたLD駆動電流は、LDのスレッシュホールド電流Ith
以下になる必要がある。この時、第５図（ｂ）の通常の
RF電流に対応した光出射パワーP₀は同（ａ）に対応して
第５図（ｃ）の通りである。RF重畳がオンする前に、LD
駆動回路がLDに供給する電流は、第５図（ａ）のＡ点で
あり、この状態で瞬時にRF重畳信号が印加される。この
時、RF重畳信号の下端の値がIthを下回っている為に、L
D発光の平均値P_AVEは、RF重畳がオフしているときより
も大きくなっている。APC回路はLD発光の平均値P_AVEを
一定値にするように制御するので、もとの平均値P_AVEと
なる様にLD駆動電流を徐々に少なくして行く。充分安定
した後の電流値が第５図（ａ）のＢ点である。この時、
第３図のAPC回路は、平均光量を一定に戻すよう動作を
始めるが、APC回路の制御動作が、スイッチ（41）がオ
ンして実際にRF重畳がオンするのに対して時間Tdだけ遅
れるため、第４図（ａ）又は第５図（ｃ）の波形に示す
ように光出射パワーにオーバーシュートが生じてしま
う。

上記の制御遅れ時間Tdは、APCとの制御帯域をfHzとす
ればおよそ求まり、ほぼ（1/f）〜（5/f）sec程度と見
積れる。通常のAPCの回路構成では10μｓ〜10μｓ程度
である。

そしてこの制御遅れ時間Td以上の時間経過後は、LD
は、第５図（ａ）のＢ点に対応するRF駆動電流に戻り、
オーバーシュートのない、もとのLD光出射パワーとな
る。

RF重畳のスイッチ（41）をオンからオフにする時に生
ずるアンダーシュートも同様なメカニズムで生じるの
で、この説明は省略する。

本発明は、この様な従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、RF重畳のオン又はオフの時に生ずるLD光量のオー
バーシュート、アンダーシュートを実用上問題なきレベ
ルにまで減らすことを目的とする。

尚、LD（10）以外でも、同様な光源を用いて、RF重畳
しながら、大小光量を制御するものについても、全て同
様な問題が生じていた。

〔課題を解決する為の手段〕

上記問題点の解決のために本発明は、半導体レーザを
駆動するための駆動信号を出力する駆動部と、高周波信
号を出力する信号源とを有し、電源部と、前記電源部に
接続されたスイッチ手段と、前記高周波信号を入力し前
記電源部の電圧によって前記高周波信号を前記駆動信号
に重畳させる重畳回路と、前記スイッチ手段と前記重畳
回路との間に接続されたコンデンサとを備えた構成とし
た。

〔作用〕

本発明においては、スイッチ手段をオン状態になるこ
とによって重畳回路が動作したとき、スイッチ手段と重
畳回路の間に接続されたコンデンサの働きによって、重
畳回路にかかる電圧が徐々に上昇する。また、スイッチ
手段をオフ状態にしたときは、コンデンサの働きによっ
て、重畳回路にかかる電圧が徐々に下降する。そのた
め、半導体レーザの出射パワーのオーバーシュートやア
ンダーシュートを防ぐことができる。

これは、閉ループ制御回路において、外部から与えら
れる外乱の周波数成分を制御帯域内におさまるようにす
ることにほかならない。この操作によって閉ループ制御
回路、すなわち実施例のAPCがもともと目標としてい
た、再生パワーの変動内にRF重畳オン又はオフ時の影響
をおさめることができるのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である。

第１図（ａ）は本発明のLD駆動回路の回路図である。
第１図（ａ）において、第３図と同一符号は同効物を表
す。（43）は振幅調整回路で、RFの振幅の調整が可能で
ある。これらの構成では、振幅調整回路（43）の内部で
自動的に電圧を徐々に可変することにより、RF信号振幅
を徐々に調整する方式をとっている。

第１図（ｂ）はRFの振幅調整回路（43）の回路例であ
る。第１図（ｂ）において、第１図（ａ）と同一符号は
同効物を表わす。（55）（56）（57）（58）は夫々第
５、第６、第７、第８のトランジスタである。第５のト
ランジスタ（55）のコレクタはコレクタ負荷抵抗（64）
を介して、また第６のトランジスタ（56）のコレクタも
コレクタ負荷抵抗（65）を介して、ともに電流の一端
（＋Ｖ）に接続されている。第５と第６のトランジスタ
（55）（56）のエミッタはともに第８のトランジスタ
（58）のコレクタに接続され、第７と第８のトランジス
タ（57）（58）のエミッタはともに電源の他端へ、すな
わち接地されている。この第７と第８のトランジスタ
（57）（58）のベース及び第７のトランジスタ（57）の
コレクタは、ともに抵抗（61）を介して電圧を徐々にオ
ンオフする回路部分に接続されている。該電圧を徐々に
オンオフする回路部分において、（71）は電源で、その
一端は抵抗（72）を介してRF重畳のスイッチ（73）に接
続されている。RF重畳のスイッチ（73）は、コンデンサ
（74）と抵抗（75）の夫々の一端と接続した後抵抗（6
1）に入力される。電源（71）、コンデンサ（74）、抵
抗（75）の夫々の他端は接地されている。ここで、ポイ
ント（76）の電圧をV₇₆とする。第５と第６のトランジ
スタ（55）（56）の各ベースは、電源の一端（＋Ｖ）と
接地との間に、夫々２つの抵抗（62）（63）と（66）
（67）との直列分圧回路を接続してなる各分圧接続点
（51）（52）に接続されており、一方の第５のトランジ
スタ（55）のベースはさらにコンデンサ（68）を介し
て、前記RF信号源（40）に接続されている。さらに第６
のトランジスタ（56）のコレクタ（53）は、当該振幅調
整回路（43）の出力として、第１図（ａ）のコンデンサ
（42）に接続されている。

第１図（ｂ）に示す振幅調整回路（43）において、RF
重畳のスイッチ（73）をオフからオンに切り換えると、
電源（71）の電荷をコンデンサ（74）に徐々に充電する
ため、ポイント（76）の電圧V₇₆は徐々に上昇する、又
逆に、スイッチ（73）をオンからオフに切り換えると、
電源（71）の電荷はコンデンサ（74）から徐々に放電す
るため、ポイント（76）の電圧V₇₆は徐々に下降する。
こうしてポイント（76）の電圧V₇₆が徐々に変化される
と、第５のトランジスタ（55）のエミッタから第８のト
ランジスタ（58）のコレクタに流れる電流ｉが徐々に変
化し、従って、振幅調整回路（48）の出力（53）の振幅
が徐々に変化し、ついては、RF重畳されたLD（10）の光
出射パワーの振幅が徐々に変化する。

第２図に本実施例を適用したLD駆動電流の波形図とLD
光出射パワーの波形図を示す。第２図（ａ）は、一般的
なLDの駆動電流対光出射パワー特性である。横軸がLD駆
動電流I_OP、たて軸が光出射パワーP₀を示す。第２図
（ｂ）と同（ｃ）は、本発明による、RF重畳のスイッチ
（73）をオフからオンに変化する時におけるLD駆動電流
I_OPの変化とLD光出射パワーP₀の変化を夫々示した図で
ある。

本発明の実施例によれば、第２図と第５図を対比すれ
ば明らかな通り、RF重畳のスイッチ（73）をオフからオ
ンに変化する時でも、RF振幅が徐々に大きくなっている
ので、LD光出射パワーのオーバーシュートがなくなって
いるのがわかる。

RF重畳のスイッチ（73）をオンからオフにする時に生
ずるアンダーシュートも同様なメカニズムで生じること
は明らかである。

また、本発明は、本文中に示した実施例、例えば、第
１図（ｂ）に示すような振幅調整回路（43）のみにとど
まらず、外部からRF信号の振幅が調整できる機構、例え
ばRF信号発生源（40）の振幅自身が可変できるようなタ
イプのRF信号源を用いても、同等の効果が発揮できるこ
とは言うまでもない。

尚、実施例で説明した内容に限らず、同様な光源を用
いて、RF重畳しながら、大小光量を制御するものについ
ても、そのときに起こるLD光量のオーバーシュートやア
ンダーシュートを実用上問題なきレベルにまで減らすこ
とが出来ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば、スイッチ手段と重畳回路
の間にコンデンサを設けたので、RF重畳の振幅を徐々に
変化させてオン又はオフをすることができ、従来のよう
なオーバーシュートやアンダーシュートが起こらない。

従って、オーバーシュートする時に起こる、再生光量
が限定の量を越えてしまい最悪の場合にはディスク面に
記録済みの信号を破壊してしまうなどの事態、すなわ
ち、ユーザーデータの誤消去などの事態を回避できる
し、またアンダーシュート時に起こる、再生光量が低下
して再生信号のS/Nが低下してしまうなどの事態、すな
わち、再生信号品質の低下などの事態を回避でき、再生
信号品質を常に最良に保つことができる、というような
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のLD駆動回路の回路図、第１図（ｂ）は本発明のLD駆動回路のRFの振幅調整回路
部分（43）の回路図、第２図（ａ）は一般的なLDの駆動電流対光出射パワー特
性図、第２図（ｂ）は本発明のLD駆動電流の波形図、第２図（ｃ）は本発明のLD出射パワー波形図、第３図は従来のLD駆動回路の回路図、第４図（ａ）は従来のLDの発光状態の波形図、第４図（ｂ）は従来のRFのスイッチの波形図、第５図（ａ）は一般的なLDの駆動電流対光出射パワー特
性図、第５図（ｂ）は従来のLD駆動電流の波形図、第５図（ｃ）は従来のLD出射パワーの波形図である。〔主要部分の符号の説明〕（10）……半導体レーザ（24）……基底レベル設定点（25）……レーザ光パルス振幅設定端子（26）……変調信号入力端子（30）……光出力モニタ用フォトダイオード（32）……光出力の平均値信号（34）……光量設定電圧端子（35）……ストローブ信号入力端子（40）……RF信号源（43）……RF振幅調整回路（73）……RF重畳のスイッチ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザを駆動するための駆動信号を
出力する駆動部と、高周波信号を出力する信号源とを有
し、電源部と、前記電源部に接続されたスイッチ手段と、前記高周波信号を入力し前記電源部の電圧によって前記
高周波信号を前記駆動信号に重畳させる重畳回路と、前記スイッチ手段と前記重畳回路との間に接続されたコ
ンデンサとを備えたことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。