JP3112516U - フロントモニタ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体レーザーの光強度をモニタする回路において、矩形波信号の入力に対して、寄生容量などによって発生する出力信号のオーバーシュートを低減し、正確に光強度をモニタすることができるフロントモニタ回路を提供する。
【解決手段】 オフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗器の入力端の電圧を、定電圧源あるいはバッファ回路に接続して定電圧に固定し、またはオフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗器そのものを切り離すことによって、矩形入力信号に対してオーバーシュートを低減した出力信号を得る。
【選択図】 図１

Description

本考案は、光信号を処理する半導体装置に関し、たとえば相変化型光メディアへの書き込みを半導体レーザーから放射されるレーザー光で行うときに、その光強度をモニタするフロントモニタ回路に関する。

従来用いられている半導体レーザーの光強度をモニタするフロントモニタ回路の一例を図６に示す。この回路例では、利得調整用の可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４は外付け部品で構成され、それ以外は半導体集積回路で構成されている。

相変化型光メディアへの書き込みは、光メディアの種類によりそれぞれ異なる波長・強度をもつ半導体レーザーで行われている。また、光メディアの反射率やフォトダイオードの受光感度はレーザー光の波長によって異なるため、出力電圧が飽和することなく信号のダイナミックレンジを広くするために、図６に示す電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２をアンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２で切り替えて、異なる利得を得ている。たとえば電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１を選択する場合、アンプ切り替えスイッチＳＷ１がオン、アンプ切り替えスイッチＳＷ２がオフとなり、電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ２を選択する場合は、アンプ切り替えスイッチＳＷ１がオフ、アンプ切り替えスイッチＳＷ２がオンとなるように動作する。

フォトダイオードＰＤ１に入射したレーザー光１は、電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２によって電流電圧変換され増幅される。その出力信号は、図示しないスイッチ信号により動作するアンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２により選択され、端子Ｔ１またはＴ２を介して可変抵抗器Ｒ３またはＲ４の一方の端子に出力される。可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４のもう一方の端子はお互いに接続され、端子Ｔ３および抵抗Ｒ５を介して電圧増幅回路Ａｍｐ３に接続している。ここで、可変抵抗Ｒ３またはＲ４と抵抗Ｒ５の合計値と、電圧増幅回路Ａｍｐ３の帰還抵抗Ｒ６との比で電圧増幅回路Ａｍｐ３の利得が決定され、外付け部品である可変抵抗Ｒ３、Ｒ４により外部から利得を微調整できるようになっている。電圧増幅回路Ａｍｐ３により電圧増幅された信号は、出力端子Ｖｏｕｔから外部に出力される。

図６に示す従来のフロントモニタ回路では、利得を切り替えるためにアンプ切り替えスイッチＳＷ１またはＳＷ２のどちらかをオフ（開放）したとき出力端子Ｖｏｕｔの出力信号のオーバーシュートが大きくなるという問題がある。この問題は図４に示すように、可変抵抗Ｒ３、Ｒ４の両端子に寄生容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が存在するため、発生するものと考えられる。図５（ａ）はアンプ切り替えスイッチＳＷ１をオン（短絡）、アンプ切り替えスイッチＳＷ２をオフ（開放）させた場合の端子Ｔ１における入力電圧波形図、図５（ｂ）は電圧増幅回路Ａｍｐ３の出力端子Ｖｏｕｔの波形図で、図５（ｃ）は同じ状態における寄生容量Ｃ１への電流入出力波形図である。図５（ｃ）に示すように充電（縦軸正の方向）または放電（縦軸負の方向）した後にそれぞれ逆方向に電流が流れていることがわかる。この逆方向に流れる電流により、図５（ｂ）に示すような出力端子Ｖｏｕｔの出力信号のオーバーシュートが発生してしまう。一般的に、フロントモニタ回路は矩形波の振幅値を正確にモニタするため、オーバーシュートが４５ｍＶ以下であることが要求されている。

本考案は、上述したように相変化型光メディアに用いられる半導体レーザーの光強度をモニタする回路において、矩形波信号の入力に対して、寄生容量などによって発生する出力信号のオーバーシュートを低減し、正確に光強度をモニタすることができるフロントモニタ回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る考案は、レーザー光を入射して電流に変換するフォトダイオードと、該フォトダイオードに並列接続するそれぞれ異なる利得をもつ二つの電流電圧変換増幅回路と、該電流電圧変換増幅回路のそれぞれの出力端に一端を接続し、スイッチ信号により交互にオン、オフするアンプ切り替えスイッチと、該アンプ切り替えスイッチの他端にそれぞれに接続する可変抵抗器と、該可変抵抗器を含む入力抵抗と帰還抵抗との抵抗比によって利得を決定する電圧増幅回路とを備えたレーザー光強度をモニタするフロントモニタ回路において、前記オフになったアンプ切り替えスイッチの他端に接続する前記可変抵抗器の入力端の電圧が定電圧に固定されることを特徴とするものである。

本願請求項２に係る考案は、請求項１記載のフロントモニタ回路において、前記アンプ切り替えスイッチと前記可変抵抗器との間に、基準電圧源を接続した定電圧固定スイッチを接続し、該定電圧固定スイッチをオンにすることにより、前記オフになったアンプ切り替えスイッチの他端に接続する前記可変抵抗器の入力端の電圧が前記基準電圧源の電圧に固定されることを特徴とするものである。

本願請求項３に係る考案は、請求項１記載のフロントモニタ回路において、前記アンプ切り替えスイッチと前記可変抵抗器との間に、直列にバッファ回路を接続し、前記オフになったアンプ切り替えスイッチの他端に接続する前記可変抵抗器の入力端の電圧が前記バッファ回路の出力電圧に固定されることを特徴とするものである。

本願請求項４に係る考案は、レーザー光を入力して電流に変換するフォトダイオードと、該フォトダイオードに並列接続するそれぞれ異なる利得をもつ二つの電流電圧変換増幅回路と、スイッチ信号により交互にオン、オフし、前記電流電圧変換増幅回路を切り替えるアンプ切り替えスイッチと、該アンプ切り替えスイッチにそれぞれに接続する可変抵抗器と、該可変抵抗器を含む入力抵抗と帰還抵抗との抵抗比によって利得を決定する電圧増幅回路とを備えたレーザー光強度をモニタするフロントモニタ回路において、前記可変抵抗器の出力端側に前記アンプ切り替えスイッチの一端を接続したことを特徴とするものである。

本考案では二つのアンプ切り替えスイッチのうち、オフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗器の入力端の電圧が定電圧に固定される結果、矩形入力信号に対して出力信号のオーバーシュートを低減することができた。また、二つのアンプ切り替えスイッチを、入力端側に接続するのではなく出力端側に接続した結果、寄生容量自体を少なくでき、同様に出力信号のオーバーシュートを低減できる効果がある。

本考案は従来のフロントモニタ回路（図６参照）において、二つの電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２をアンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２により切り替え、オフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４の入力端の電圧を定電圧に固定、具体的には定電圧源Ｖｒｅｆあるいはバッファ回路の出力電圧に接続している。また同様の課題を解消するため、寄生容量自体を低減する方法を開示している。なお、光ディスク装置に光源として使用される半導体レーザーの光強度をモニタする回路は通常集積回路化されており、本実施例においても可変抵抗を外付け部品とし、それ以外の回路素子は集積回路化したものとして説明している。以下、実施例について具体的に説明する。

図１は本考案の第１の実施例の回路図である。フォトダイオードＰＤ１は半導体レーザーダイオード（図示省略）から放射されるレーザー光１を入射し、電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２および電圧増幅回路Ａｍｐ３によって電流電圧変換し、増幅する。抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６は半導体集積回路内に作製され、可変抵抗Ｒ３、Ｒ４は外付け部品となっている。アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２は外部から入力されるスイッチ信号により電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２を切り替えて異なる利得を設定できるスイッチで、定電圧固定スイッチＳＷ３、ＳＷ４はアンプ切り替えスイッチＳＷ１がオン、アンプ切り替えスイッチＳＷ２がオフのとき定電圧固定スイッチＳＷ３がオン、定電圧固定スイッチＳＷ４がオフとなり、アンプ切り替えスイッチＳＷ１がオフ、アンプ切り替えスイッチＳＷ２がオンのとき定電圧固定スイッチＳＷ３がオフ、定電圧固定スイッチＳＷ４がオンとなるように制御されている。このように制御することによって、アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２のうちオフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗の入力端の電圧を固定電圧源Ｖｒｅｆの電圧に接続、固定することができる。ここで端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は半導体集積回路の外部接続端子である。

次にこの回路の動作を説明する。入射したレーザー光１はフォトダイオードＰＤ１により電流に変換されフォトダイオードＰＤ１のカソードに並列接続された電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２により電流電圧変換され、増幅される。このとき、スイッチ信号により電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１の出力に接続されたアンプ切り替えスイッチＳＷ１、あるいは電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ２の出力に接続されたアンプ切り替えスイッチＳＷ２のいずれか一方をオン、他方をオフにし、電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２のどちらかを選択する。アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２は同時にオンまたはオフすることはない。オフになっているアンプ切り替えスイッチＳＷ１またはＳＷ２に接続されている定電圧固定スイッチＳＷ３またはＳＷ４はオンになり、オフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗の入力端を定電圧源Ｖｒｅｆに接続し、その電圧に固定する。

電流電圧変換され、増幅された信号は、アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２を介して端子Ｔ１またはＴ２から外部に出力される。端子Ｔ１には可変抵抗Ｒ３が、端子Ｔ２には可変抵抗Ｒ４が直列接続されていて、この可変抵抗Ｒ３、Ｒ４により電圧増幅回路Ａｍｐ３の利得を微調整できるようになっている。信号は端子Ｔ３により半導体集積回路に入力され、可変抵抗Ｒ３またはＲ４と直列接続された抵抗Ｒ５の合計値と、電圧増幅回路Ａｍｐ３の帰還抵抗Ｒ６との比により利得が決定され、電圧増幅回路Ａｍｐ３で電圧増幅して出力端子Ｖｏｕｔから外部に出力される。

本実施例では以上のような動作により、アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２のうちオフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗Ｒ３、Ｒ４の入力端の電圧を定電圧に固定できる結果、寄生容量の影響を減少させることができ、図５（ｄ）に示すようにオーバーシュートのない出力波形が得られる。

図２は本考案の第２の実施例の回路図である。図１と異なり、オフになったアンプ切り替えスイッチに接続する可変抵抗器の入力端の電圧を定電圧に固定するため、アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２と可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４との間に、バッファ回路Buffer１、Buffer２をそれぞれ直列に接続している。すなわち、アンプ切り替えスイッチＳＷ１と端子Ｔ１の間にバッファ回路Buffer１を、アンプ切り替えスイッチＳＷ２と端子Ｔ２の間にバッファ回路Buffer２を接続し、図１で説明した定電圧固定スイッチＳＷ３、ＳＷ４と固定電圧源Ｖｒｅｆはない。

次にこの回路の動作を説明する。フォトダイオードＰＤ１は半導体レーザーダイオード（図示省略）から放射されるレーザー光１を入射し、電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２および電圧増幅回路Ａｍｐ３によって増幅する。抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６は半導体集積回路内に作製され、可変抵抗Ｒ３、Ｒ４は外付け部品となっている。バッファ回路Buffer１、Buffer２はアンプ切り替えスイッチＳＷ１またはＳＷ２がオフのとき、オフになったアンプ切り替えスイッチＳＷ１またはＳＷ２に接続する可変抵抗Ｒ５、Ｒ６の入力端の電圧をバッファ回路Buffer１、Buffer２の出力電圧に固定する機能を有しており、オーバーシュート低減の効果は実施例１と同様である。

以下実施例１同様、電流電圧変換され、増幅された信号は、端子Ｔ１またはＴ２から外部に出力される。端子Ｔ１には可変抵抗Ｒ３が、端子Ｔ２には可変抵抗Ｒ４が直列接続されていて、この可変抵抗により電圧増幅回路Ａｍｐ３の利得を微調整できるようになっている。信号は端子Ｔ３により集積回路内部に入力され、可変抵抗Ｒ３またはＲ４と直列接続された抵抗Ｒ５の合計値と、電圧増幅回路Ａｍｐ３の帰還抵抗Ｒ６との比により利得が決定され、電圧増幅回路Ａｍｐ３で電圧増幅して出力端子Ｖｏｕｔから外部に出力される。

図３は本考案の第３の実施例の回路図である。本実施例ではオーバーシュート低減のため、図４に示すように可変抵抗Ｒ３、Ｒ４の両端子に存在する寄生容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を、スイッチＳＷ５、ＳＷ６によって部分的に分離して、小さくしている。回路構成は、実施例１で説明した可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４の入力端の電圧を定電圧に固定するための定電圧固定スイッチＳＷ３、ＳＷ４と固定電圧源Ｖｒｅｆをなくし、アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２を端子Ｔ４、Ｔ５を介して可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４の出力端に接続している。図３では、可変抵抗器Ｒ３、Ｒ４の出力端に接続したスイッチを、それぞれスイッチＳＷ５、ＳＷ６と表示している。

次に、この回路の動作を説明する。入射したレーザー光１はフォトダイオードＰＤ１により電流に変換されフォトダイオードＰＤ１のカソードに並列接続された電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２により電流電圧変換され、増幅される。スイッチ信号により電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１の出力に接続されたアンプ切り替えスイッチＳＷ１、あるいは電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ２の出力に接続されたアンプ切り替えスイッチＳＷ２のいずれか一方をオン、他方をオフにし、電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１、Ａｍｐ２のどちらかを選択する。アンプ切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２は同時にオンまたはオフすることはない。電流電圧変換増幅回路Ａｍｐ１を選択するとき、スイッチＳＷ５がオン、スイッチＳＷ６がオフとなり、電流電圧変換回路Ａｍｐ２を選択するときスイッチＳＷ５がオフ、スイッチＳＷ６がオンとなる。端子Ｔ４、Ｔ５と抵抗Ｒ５の間にスイッチＲ５、Ｒ６を挿入することにより、可変抵抗Ｒ３、Ｒ４の寄生容量を分離することができ、出力信号のオーバーシュートを低減することができる。

本考案の第１の実施例の回路図である。 本考案の第２の実施例の回路図である。 本考案の第３の実施例の回路図である。 可変抵抗の寄生容量の説明図である。 （ａ）は、従来例の端子Ｔ１における入力電圧波形図、（ｂ）は従来例の出力端子Ｖｏｕｔの出力波形図、（ｃ）は、従来例の寄生容量Ｃ１への電流入出力波形図、（ｄ）は本発明の出力端子Ｖｏｕｔの電圧波形図である。 従来の実施例を示す回路図である。

符号の説明

Ａｍｐ１、Ａｍｐ２…電流電圧変換増幅回路、Ａｍｐ３…電圧増幅回路、
Buffer１、Buffer２…バッファ回路、Ｃ１〜Ｃ４…寄生容量、
ＰＤ１…フォトダイオード、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６…抵抗、Ｒ３、Ｒ４…可変抵抗、
ＳＷ１、ＳＷ２…アンプ切り替えスイッチ、ＳＷ３、ＳＷ４…定電圧固定スイッチ、
ＳＷ５、ＳＷ６…スイッチ、Ｔ１〜Ｔ５…端子、Ｖｒｅｆ…固定電圧源、
Ｖｏｕｔ…出力端子

Claims (4)

1. レーザー光を入射して電流に変換するフォトダイオードと、該フォトダイオードに並列接続するそれぞれ異なる利得をもつ二つの電流電圧変換増幅回路と、該電流電圧変換増幅回路のそれぞれの出力端に一端を接続し、スイッチ信号により交互にオン、オフするアンプ切り替えスイッチと、該アンプ切り替えスイッチの他端にそれぞれに接続する可変抵抗器と、該可変抵抗器を含む入力抵抗と帰還抵抗との抵抗比によって利得を決定する電圧増幅回路とを備えたレーザー光強度をモニタするフロントモニタ回路において、
   前記オフになったアンプ切り替えスイッチの他端に接続する前記可変抵抗器の入力端の電圧が定電圧に固定されることを特徴とするフロントモニタ回路。
2. 請求項１記載のフロントモニタ回路において、前記アンプ切り替えスイッチと前記可変抵抗器との間に、基準電圧源を接続した定電圧固定スイッチを接続し、該定電圧固定スイッチをオンにすることにより、前記オフになったアンプ切り替えスイッチの他端に接続する前記可変抵抗器の入力端の電圧が前記基準電圧源の電圧に固定されることを特徴とするフロントモニタ回路。
3. 請求項１記載のフロントモニタ回路において、前記アンプ切り替えスイッチと前記可変抵抗器との間に、直列にバッファ回路を接続し、前記オフになったアンプ切り替えスイッチの他端に接続する前記可変抵抗器の入力端の電圧が前記バッファ回路の出力電圧に固定されることを特徴とするフロントモニタ回路。
4. レーザー光を入力して電流に変換するフォトダイオードと、該フォトダイオードに並列接続するそれぞれ異なる利得をもつ二つの電流電圧変換増幅回路と、スイッチ信号により交互にオン、オフし、前記電流電圧変換増幅回路を切り替えるアンプ切り替えスイッチと、該アンプ切り替えスイッチにそれぞれに接続する可変抵抗器と、該可変抵抗器を含む入力抵抗と帰還抵抗との抵抗比によって利得を決定する電圧増幅回路とを備えたレーザー光強度をモニタするフロントモニタ回路において、
   前記可変抵抗器の出力端側に前記アンプ切り替えスイッチの一端を接続したことを特徴とするフロントモニタ回路。
   

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