JP3183774B2 - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動出力制御（ＡＰ
Ｃ：Auto Power Control）を行って、レーザダイオード
を適正に駆動するレーザダイオード駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザダイオード駆動回路は、
レーザダイオード（以後、ＬＤと略記する）を適正に駆
動するために、ＬＤから出力される光信号に応じたフィ
ードバック制御を行う。ここで、従来のＬＤ駆動回路の
一例を図４に示し、その構成について説明する。

【０００３】図４において、１はＬＤを駆動するドライ
バであり、入力される駆動信号に応じた駆動電流をＬＤ
に流し、ＬＤから駆動電流の大きさに応じた光パワーの
光信号（レーザ光）を出力させる。２は電流電圧変換器
であり、ＬＤから出力されたレーザ光を受光し、受光光
の光パワーに応じた大きさの電流を出力するモニタ用フ
ォトダイオード（以後、モニタ用ＰＤと称す）の出力電
流を電圧に変換し、平均化器３および振幅検出器４の入
力端子に印加する。

【０００４】平均化器３は、入力端子に印加される電圧
の経時変動を表す電圧信号の平均電圧を、比較器５の一
方の入力端子に印加する。比較器５の他方の入力端子に
は、所望の光パワーを得るための一定の基準電圧が印加
されており、比較器５は、２つの入力端子に印加された
電圧を比較し、ＬＤから出力される光信号の平均光パワ
ーが一定となるようなベース電圧を出力する。なお、平
均化器３および比較器５により為される処理を、以後、
平均値制御という。

【０００５】また、振幅検出器４は、入力端子に印加さ
れる電圧の経時変動である電圧信号の振幅を検出し、当
該振幅に応じた電圧を振幅制御器６の一方の入力端子に
印加する。この振幅検出処理は、一般に、ピーク検出に
よって代用されることが多い。振幅制御器６は、一方の
入力端子に印加される電圧が一定となるよう、他方の入
力端子に印加されている信号成分の振幅を制御する。以
後、振幅検出器４および振幅制御器６で為される処理
を、信号振幅制御という。振幅制御器６から出力される
信号成分は、比較器５から出力されるベース電圧に重畳
され、駆動信号としてドライバ１に入力される。

【０００６】このような構成において、ＬＤが、図５に
示すような電流／光パワー特性を有し、ＬＤにおいて流
れる駆動電流の信号（以後、駆動電流信号と称す）が図
示した波形を有する場合、ＬＤから出力される光信号の
振幅は、駆動電流信号の振幅に応じた幅となり、同光信
号の平均光パワーは、駆動電流信号の平均電流であるバ
イアス電流に応じた値となる。なお、このバイアス電流
の電流値は、上述したベース電圧に応じた値である。

【０００７】ところで、ＬＤの電流／光パワー特性は、
通常、図６に示すように、温度に応じて大きく変化す
る。ＬＤの電流／光パワー特性が変化すると、ＬＤは安
定した光信号を出力することができなくなる。具体的に
は、ＬＤから出力される光信号の平均光パワーおよび振
幅が、温度に応じて変動してしまう。

【０００８】平均光パワーが変動してしまう主な原因
は、ＬＤの駆動電流のしきい値が、温度に応じて大きく
シフトすることにある。駆動電流信号のバイアス電流を
変動させない場合、ＬＤの駆動電流のしきい値がシフト
すると、ＬＤから出力される光信号全体もシフトしてし
まう。したがって、平均光パワーが変動してしまうので
ある。また、光信号の振幅が変動してしまう主な原因
は、ＬＤの電流／光パワー特性を表す特性線の傾きや非
直線性が、温度に応じて変化することにある。駆動電流
信号の振幅を変動させない場合、特性線の傾きや非直線
性が変化すると、その変化に応じてＬＤから出力される
光信号の振幅が伸縮してしまう。

【０００９】こうした不都合を排除または軽減するため
に、上述したように、平均化器３および比較器５を用い
た平均値制御、振幅検出器４および振幅制御器６を用い
た信号振幅制御が行われているのである。上述した平均
値制御によれば、ＬＤから出力される光信号の平均光パ
ワーを一定に保つよう、ベース電圧（バイアス電流）が
制御される。また、信号振幅制御によれば、同光信号の
振幅を一定に保つよう、信号成分の振幅が制御される。
このように、従来のＬＤ駆動回路では、平均値制御と信
号振幅制御を組み合わせて自動出力制御を行うのが一般
的であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＬＤの駆動電
流のしきい値の変化は極めて大であるため、ほとんどの
場合、上述した平均値制御を行うことが必須となってい
る。これに対して、ＬＤの電流／光パワー特性を表す特
性線の傾きや非直線性の変化による光信号の振幅の伸縮
は、ＬＤを適用する用途によっては、許容範囲内の誤差
とされる場合もある。すなわち、従来のＬＤ駆動回路に
おいて、信号振幅制御が省略される場合もある。

【００１１】しかしながら、高い精度を要求される測定
装置や、許容範囲が狭いシステム等に適用する場合に
は、平均値制御および信号振幅制御を併用する必要があ
った。このため、平均値制御を行うための機器に加え
て、信号振幅制御を行うための機器（振幅検出器４およ
び振幅制御器６）を設ける必要があり、回路が複雑にな
るとともに、コスト高になるという欠点があった。

【００１２】また、図５からも明らかなように、従来の
ＬＤ駆動回路に駆動されるＬＤが出力する光信号の下限
値は、ＬＤの駆動電流のしきい値（Ｓ）に応じた値
（Ｌ）以上となる。こうすることにより、駆動電流信号
の振幅と光信号の振幅の対応関係が一定となるのだが、
駆動電流信号がパルス信号である場合にも、光信号の下
限値は「０」にならない。すなわち、ＬＤは完全に消光
することがなく、光信号の消光比を低減させる一因とな
っていた。本発明は、上述した事情に鑑みて為されたも
のであり、簡素な構成で、平均値制御および信号振幅制
御を行うことができるとともに、消光比に優れた光信号
を得ることができるレーザダイオード駆動回路を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザダイ
オード駆動回路は、ベース電圧に信号成分を重畳してな
る駆動信号に応じてレーザダイオードを駆動するドライ
バと、前記レーザダイオードから出力される光信号に応
じた電流を出力するモニタ用フォトダイオードと、該モ
ニタ用フォトダイオードから出力される電流の平均値に
基づいて、前記ベース電圧を発生する平均値制御手段と
を具備し、前記平均値制御手段は、前記駆動信号の一部
が負電圧となるような前記ベース電圧を発生し、前記ド
ライバは、前記駆動信号の電圧値が負である場合には前
記レーザダイオードを駆動しないことを特徴としてい
る。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、平均値制御手段が、モニタ
用フォトダイオードから出力される電流の平均値に基づ
いて、駆動信号の一部が負となるようなベース電圧を発
生し、ドライバが前記ベース電圧に信号成分を重畳して
なる駆動信号に応じて、レーザダイオードを駆動する。
この際、前記ドライバは、前記駆動信号の電圧値が負で
ある場合には前記レーザダイオードを駆動しない。すな
わち、前記レーザダイオードから出力される光信号は、
必ず「０」から立ち上がる波形となる。このため、前記
光信号の平均値を一定化する平均値制御を行うことによ
り、同時に信号振幅制御を行ったことになり、簡素な構
成で、平均値制御および信号振幅制御が行われて、レー
ザダイオードの特性が温度等によって変動してもレーザ
ダイオードから一定の光信号が出力されるとともに、消
光比に優れた光信号が得られる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。図１は本発明の一実施例によるレーザ
ダイオード駆動回路（以後、ＬＤ駆動回路と称す）７の
構成を示すブロック図であり、この図に示すＬＤ駆動回
路７は、図４に示す回路から振幅検出器４と振幅制御器
６を取り除き、比較器５およびドライバ１に代えて、比
較器８およびドライバ９を設けてなるものである。

【００１６】ここで、本実施例について詳細に説明する
前に、本発明の原理について、図２を参照して説明す
る。本発明では、ＬＤのドライバに入力する駆動信号の
振幅を一定とし、この駆動信号の一部を、ＬＤに逆電流
を流すような信号とする。すなわち、電流値が負となる
部分を含む駆動電流信号に対応した駆動信号をドライバ
に入力する。これにより、ＬＤには、電流値が負となる
駆動電流が流れることになる。しかしながら、実際に
は、ＬＤに逆電流は流れないため、駆動電流信号におい
て図中実線で示す部分（電流値が非負の部分）だけが、
光信号として変調され、ＬＤから出力される。

【００１７】さらに、ＬＤの電流／光パワー特性が温度
等に応じて変化し、ＬＤの駆動電流のしきい値が変化し
た場合には、ＬＤから出力される光信号の平均光パワー
（平均値）を一定に保つよう、駆動電流をシフトする。
例えば、ＬＤの電流／光パワー特性が、特性線Ｔ１で表
される特性から特性線Ｔ２で表される特性に変化した場
合、特性線Ｔ１に対応した駆動電流信号Ｓ１は、図中右
方向にシフトされ、駆動電流信号Ｓ２が得られる。

【００１８】このシフト処理は、駆動電流信号の振幅が
一定であるため、バイアス電流を変動させることにより
行われる。こうして、ＬＤから出力される光信号の平均
光パワーが一定化される。ところで、この平均光パワー
は、図から明らかなように、光信号の上限値のみによっ
て決定される。逆に言えば、平均値が一定化されると、
光信号の上限値も一定化される。この場合、光信号の下
限値は「０」であるため、光信号の上限値は同信号の振
幅と一致する。したがって、平均値制御と同時に信号振
幅制御が行われることになる。

【００１９】以下、上述した原理に基づいて構成された
ＬＤ駆動回路７について、詳細に説明する。ＬＤ駆動回
路７において、上述した原理に基づいた処理を行うの
は、図１に示す比較器８およびドライバ９である。比較
器８は、電流電圧変換器２，平均化器３と合わせて平均
値制御手段を構成するものである。比較器８は、２つの
入力端子を備え、平均化器３から一方の入力端子に印加
された電圧と、他方の入力端子に印加された基準電圧と
を比較し、比較結果に基づいたベース電圧を出力する。
基準電圧は、比較器８から出力されるベース電圧が、比
較器４（図４参照）から出力されるベース電流に比べ
て、小（負となる場合もある）となるよう設定されてい
る。

【００２０】また、ドライバ９は、比較器８から出力さ
れるベース電圧に、信号成分を重畳してなる駆動信号を
入力とし、この駆動信号に基づいてＬＤを駆動する。こ
こで、ドライバ９の構成について、図３を参照して説明
する。図３は、ドライバ９の構成例を示す回路図であ
り、この図に示すように、ＬＤのアノードには、比較器
８から出力される電圧に比べて十分に高い正の電圧（＋
Ｖｃｃ）が印加されている。また、この図に示すよう
に、信号成分のベース電圧への重畳処理は、コンデンサ
Ｃを介して行われる。

【００２１】ドライバ９は、ｎｐｎ型のトランジスタＴ
Ｒと抵抗Ｒとからなり、トランジスタＴＲのコレクタは
ＬＤのカソードに接続され、同エミッタは抵抗Ｒを介し
て接地されている。また、トランジスタＴＲのベース
は、比較器８に接続されており、駆動信号が印加されて
いる。このように構成されたトランジスタＴＲは、ベー
スに印加される駆動信号の電圧が非負である場合には、
当該電圧値に応じた大きさの電流をコレクタからエミッ
タへ流し、当該電圧値が負である場合には、コレクタ電
流を遮断するよう作動する。

【００２２】したがって、ドライバ９は、ＬＤにおい
て、ベースに印加される駆動信号の電圧値が非負である
場合にのみ、当該電圧値に応じた大きさの順電流を流
し、当該電圧値が負の場合には、順電流はもちろん、逆
電流も流さない。すなわち、ドライバ９は、図２に示す
駆動電流信号の実線部分のみを、ＬＤの駆動電流とする
よう構成されている。したがって、駆動信号の電圧値が
負となっても、ＬＤに逆電圧が印加されることはない。
また、上述したように、ＬＤのアノードには正の高電圧
（＋Ｖｃｃ）が接続され、同カソードは接地されている
ため、ＬＤにおいて、逆電流が流れることもない。

【００２３】次に、このような構成のＬＤ駆動回路７の
動作について、図１を参照して説明する。なお、モニタ
用ＰＤ、電流電圧変換器２、平均化器３は、前述した場
合と同一の動作となるため、その説明を省略する。ま
た、信号成分の周波数は、例えば、１ＭＨｚ程度とす
る。比較器８は、平均化器３から一方の入力端子に印加
された電圧と他方の入力端子に印加された基準電圧とに
基づいたベース電圧を出力する。

【００２４】このベース電圧に信号成分（振幅が従来の
信号成分より大）を重畳して得られる駆動信号がドライ
バ９に供給されると、ドライバ９は、当該駆動信号にお
いて、非負となる部分の電圧値に応じた電流値の駆動電
流でＬＤを駆動する。なお、駆動信号の電圧値が負とな
る部分においては、ＬＤの駆動電流は「０」となるた
め、ＬＤは完全に消光状態となる。

【００２５】上述した過程で、ＬＤの電流／光パワー特
性が変化し、ＬＤの駆動電流のしきい値が変動すると、
この変動に応じて、比較器８およびドライバ９が作動
し、ＬＤの駆動電流信号のバイアス電流も変化する。し
たがって、ＬＤの駆動電流信号が、図２に示すようにシ
フトし、光信号の平均光パワーが所定の値を保つ。ま
た、この際、光信号は常に「０」から立ち上がり、その
上限値は、平均光パワーに応じた値であるため、光信号
の振幅も一定となる。

【００２６】なお、ＬＤのしきい値以下の電流を駆動電
流とすることは、ＬＤの応答特性を悪化させるため、一
般には行われていない。しかしながら、駆動電流信号
（信号成分）が比較的低周波の信号である場合には、問
題となるような特性の悪化は発生しない。具体的には、
ＬＤの種類にもよるが、駆動電流信号の周波数が１ＭＨ
ｚ程度以下であれば、十分実用的である。

【００２７】以上説明したように、本発明の一実施例に
よれば、平均値制御を行うことにより、信号振幅制御を
も同時に行うことができる。したがって、信号振幅制御
のための各機器（振幅検出器４，振幅制御器６）を省略
した簡素な構成とすることができ、製造コストを低下さ
せることができる。また、ＬＤの駆動電流信号は、必ず
「０」から立ち上がることになるため、光信号も必ず
「０」から立ち上がる。すなわち、ＬＤは、駆動電流信
号に応じて、完全な消光状態と発光状態との間を遷移す
ることになる。したがって、消光比に優れた光信号を得
ることができ、このような光信号を必要とする測定装置
等に用いることができる。

【００２８】なお、上述した一実施例では、信号成分が
パルス信号である例を示したが、これに限らず、三角波
や半正弦波等の、最低レベル部分が同一の直線上の線分
となり、かつ比較的急角度で立ち上がり立ち下がる波形
の信号に適用可能である。もちろん、１００％パルス変
調の信号に用いた場合に、特に有効であることは言うま
でもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
平均値制御手段が、モニタ用フォトダイオードから出力
される電流の平均値に基づいて、駆動信号の一部が負と
なるようなベース電圧を発生し、ドライバが、前記ベー
ス電圧に信号成分を重畳してなる駆動信号に応じて、レ
ーザダイオードを駆動する。この際、前記ドライバは、
前記駆動信号の電圧値が負である場合には前記レーザダ
イオードを駆動しない。すなわち、前記レーザダイオー
ドから出力される光信号は、必ず「０」から立ち上がる
波形となる。したがって、前記光信号の平均値を一定化
する平均値制御を行うことにより、同時に信号振幅制御
を行ったことになり、簡素な構成で、平均値制御および
信号振幅制御を行うことができ、レーザダイオードの特
性が温度等によって変動してもレーザダイオードから一
定の光信号が出力することができるという効果がある。
また、前記光信号は、必ず「０」から立ち上がる波形と
なるため、消光比に優れた光信号を得ることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるレーザダイオード駆
動回路７の概略構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の原理を説明するための図である。

【図３】 ドライバ９の構成例を示す回路図である。

【図４】 従来のレーザダイオード駆動回路の一例を示
すブロック図である。

【図５】 レーザダイオードの電流／光パワー特性を示
す図である。

【図６】 レーザダイオードの温度特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

２……電流電圧変換器（平均値制御手段）、３……平均
化器（平均値制御手段）、７……レーザダイオード駆動
装置、８……比較器（平均値制御手段）、９……ドライ
バ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース電圧に信号成分を重畳してなる駆
   動信号に応じてレーザダイオードを駆動するドライバ
   と、 前記レーザダイオードから出力される光信号に応じた電
   流を出力するモニタ用フォトダイオードと、 該モニタ用フォトダイオードから出力される電流の平均
   値に基づいて、前記ベース電圧を発生する平均値制御手
   段とを具備し、 前記平均値制御手段は、前記駆動信号の一部が負電圧と
   なるような前記ベース電圧を発生し、前記ドライバは、
   前記駆動信号の電圧値が負である場合には前記レーザダ
   イオードを駆動しないことを特徴とするレーザダイオー
   ド駆動回路。