JP3887044B2

JP3887044B2 - 光半導体装置

Info

Publication number: JP3887044B2
Application number: JP26729896A
Authority: JP
Inventors: 裕之船橋
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: JPH10117010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体装置、特にＣＤ、ＣＤＲＯＭ、デジタルビデオディスクなどの光ディスク用ピックアップに使用される光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のピックアップ用光半導体装置には、通常フォーカシング用に４分割、トラッキング用に２分割の計６分割のフォトダイオードが内蔵された３ビーム方式が採用されていた。図４（ａ）、（ｂ）には、このような従来のピックアップの例が示される。
【０００３】
図４（ａ）において、レーザダイオード１００から出力された光は、ビームスプリッタ１０２により３本の光に分割され、光ディスク１０４に反射してフォトダイオード１０６に入射する。
【０００４】
このフォトダイオード１０６は、上述したように、６分割として構成されており、この様子が図４（ｂ）に示される。図４（ｂ）において、左右（Ｅ、Ｆ）のフォトダイオード１０８は、それぞれトラッキング用に使用される。また、中央のフォトダイオード１１０は、４分割されており、フォーカシング用に使用される。フォーカシング用のフォトダイオード１１０は、図４（ｂ）に示されるように、４つの部分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割されており、ピックアップの組立て時に、光ディスク１０４からの光の光軸が、フォトダイオード１１０の４分割の中心点に一致するように位置合わせをする必要がある。この位置合わせには、高い精度が要求されるので、ピックアップの生産性が悪いという問題があった。
【０００５】
ピックアップの生産性を向上させるための方法として、従来よりスポットサイズディテクト（ＳＳＤ）方式が知られている。このＳＳＤ方式の説明図が図５（ａ）、（ｂ）に示される。図５（ａ）において、ホログラム１１２により光が２つに分割されるが、それぞれの焦点１１４ａ、１１４ｂは、光の進行方向において異なる位置となっている。すなわち、図５（ａ）のように、それぞれの光を−１次光と＋１次光とに分けて表示した場合、−１次光がホログラム１１２から遠い点に、＋１次光がホログラム１１２に近い点にそれぞれ焦点１１４ａ、１１４ｂを有している。従って、図５（ａ）に示されるように、光の進行方向において、これら２つの焦点１１４ａ、１１４ｂの間にフォトダイオード１１６ａ、１１６ｂを置くことができる。
【０００６】
この場合に、フォトダイオード１１６ａ、１１６ｂに照射される光のスポットの様子が図５（ｂ）に示される。フォトダイオード１１６ａにおいては、ホログラム１１２から遠ざかると照射される光のスポットの大きさが小さくなり、フォトダイオード１１６ｂの場合には、ホログラム１１２から遠ざかると照射される光のスポットの大きさが大きくなる。従って、両フォトダイオード１１６ａ、１１６ｂに同じ大きさの光のスポットが形成されたときフォーカシングが適正になるように構成しておけば、図５（ａ）、（ｂ）に示されるＳＳＤ方式によりピックアップのフォーカシングを行うことができる。
【０００７】
図５（ａ）、（ｂ）に示されるようなＳＳＤ方式においては、図の左右方向の幅が大きいので、この方向の調整は正確に行う必要はなく、図の上下方向のみ正確に調整すればよいのでピックアップの生産性を向上させることができる。
【０００８】
このようなＳＳＤ方式では、フォトダイオード１１６ａ、１１６ｂが、両方で６分割されている。すなわち、Ａ₁、Ａ₂、Ｂ、Ｃ、Ｄ₁、Ｄ₂という構成となっている。この場合、ピックアップ装置は、集積回路（ＩＣ）に形成されているので、使用することのできる端子数が限られており、分割されたフォトダイオードのうちＡ₁とＡ₂とが短絡されて１つの端子に接続され、Ｄ₁とＤ₂とが短絡されて１つの端子に接続されている。この様子が図６に示される。
【０００９】
通常この種の集積回路には、１０個の端子が設けられているが、トラッキング用（Ｅ、Ｆ）に２個の端子６、１０を使用し、電源用に３個の端子７、８、９を使用するので、フォーカシング用に６個の端子を使用すると、全部で１１個の端子が必要になり、全部をまかないきれない。そこで、図６に示される集積回路では、上記のように、Ａ₁とＡ₂及びＤ₁とＤ₂とを短絡し、これらを１つの端子４、５に接続することにより、９つの端子を使用する構成となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の構成では、図５（ｂ）の上下方向に光のスポットの位置とフォトダイオード１１６ａ、１１６ｂの位置合わせをする場合に、Ａ₁とＡ₂及びＤ₁とＤ₂とがそれぞれ短絡されているので、上下方向のどちらに光のスポットがずれているのかを判断することができないという問題がある。このため、Ａ₁、Ａ₂、Ｄ₁、Ｄ₂のいずれかを単独出力として取り出して、フォトダイオード１１６ａ、１１６ｂの位置合わせを行う必要がある。しかし、従来このような構成は提案されていなかった。
【００１１】
例えば、Ａ₁の出力を単独出力とする場合には、フォトダイオードＡ₁の電流出力を、カレントミラーによりフォトダイオードＡ₁の出力を増幅する増幅器と、フォトダイオードＡ₁とＡ₂の双方の電流を加算して出力する増幅器とに分割する方法が考えられる。しかし、この場合には、フォトダイオードＡ₁から得られる電流が極めて微少であるので、カレントミラー回路の周波数特性の制約により、ＲＦ信号の周波数特性を高域までのばすことができないという問題がある。この周波数特性を上げるためには、アイドリング電流を流すことが考えられるが、アイドリング電流を流した場合にはエラー電流によるオフセットが発生するという問題もある。
【００１２】
さらに、カレントミラー回路を使用せず、フォトダイオードＡ₁、Ａ₂の電流出力を、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）変換増幅器により電圧出力に変換した後、加算器によりＡ₁＋Ａ₂の出力を得る方法も考えられる。このような回路の例が図７に示される。
【００１３】
図７において、フォトダイオードＡ₁の出力電流は、増幅器１１８に入力され、ここから電圧出力ａ₁として出力される。この増幅器１１８からの出力ａ₁は、さらに増幅器１２０に入力される。また、増幅器１２０には、フォトダイオードＡ₂からの出力電流も入力されており、増幅器１２０からの出力は、フォトダイオードＡ₁とＡ₂の出力を加算した電圧出力ａ₁＋ａ₂となっている。
【００１４】
しかし、図７に示されたような回路では、フォトダイオードＡ₂の有するキャパシタンスＣ_A2の影響により高周波数帯域で増幅器１２０のゲインが上昇してしまう。このため、やはり高速再生時において、増幅器１２０からの出力の誤差が大きくなり、高速再生時におけるフォーカシングを正確に行うことができないという問題がある。
【００１５】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、周波数特性のばらつきがなく、フォトダイオードの単独出力及び加算出力を得ることができる光半導体装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの出力電流を電流−電圧変換して出力する増幅器とを有する光半導体装置において、第１のフォトダイオードの出力電流を増幅する第１の増幅器の出力が、第２のフォトダイオードの出力電流を増幅する第２の増幅器の反転入力回路と同一周波数特性の結合回路を介して第２の増幅器の非反転入力端子に入力され、第１のフォトダイオードの出力電流を、第１の増幅器から単独で出力すると共に第２の増幅器から第２のフォトダイオードの出力電流と加算して出力することを特徴とする。
【００１７】
また、上記光半導体装置は、１チップ上に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、この光半導体装置は、第１の増幅器を介した第１のフォトダイオードの単独出力の端子と第２の増幅器を介した第１、第２のフォトダイオードの加算出力の端子とを、それぞれ別に有することを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１の増幅器と第２の増幅器との間に第２の増幅器の帰還回路と同一周波数特性の結合回路を有しているので、周波数特性のばらつきをなくすことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１には、本発明に係る光半導体装置の第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードの出力回路が示される。図１において、第１のフォトダイオードＡ₁の出力電流を増幅する第１の増幅器１０からは、第１のフォトダイオードＡ₁の出力電流を電流−電圧変換した電圧出力であるａ₁が出力される。また、第１の増幅器１０の出力は、結合回路１２を介して第２のフォトダイオードＡ₂の出力電流を増幅する第２の増幅器１４の非反転入力端子に入力される。ここで、図１の第１のフォトダイオードＡ₁及び第２のフォトダイオードＡ₂は、図５（ｂ）に示された、フォーカシング用のフォトダイオードに対応している。
【００２２】
第１の増幅器１０及び第２の増幅器１４とも、出力側から反転入力端子に帰還抵抗１６を介して負帰還がかけられている。帰還抵抗１６は、それぞれ３つの抵抗Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃及びｒ1 、ｒ2 、ｒ3 によって構成されており、抵抗Ｒ₃、ｒ3 の一端には所定の電圧が印加されている。この電圧の大きさとしては、例えば２．５Ｖ程度のものが使用される。
【００２３】
また、第２のフォトダイオードＡ₂は、上述した帰還抵抗１６を構成する抵抗Ｒ₂と第２の増幅器１４の反転入力端子との間に接続されている。第２のフォトダイオードＡ₂は、前述したように、キャパシタンスＣ_A2を有しているので、帰還抵抗１６と第２のフォトダイオードＡ₂によって構成される反転入力回路の作用により、第２の増幅器１４のゲインが周波数とともに増加する。
【００２４】
図２には、この第２の増幅器１４の周波数特性が示される。図２において、横軸に周波数が、縦軸に第２の増幅器１４のゲインがそれぞれ示される。第２の増幅器１４のゲインは、図２の曲線Ａに示されるように、周波数の増加とともに上昇する。
【００２５】
一方、結合回路１２は、３つの抵抗Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃を帰還抵抗１６と同じ形式で接続し、抵抗Ｒ₂の出口側に、図１に示されるように、フォトダイオードＡ’₂が接続されて構成されている。フォトダイオードＡ₂とフォトダイオードＡ’₂とは、半導体基板上で隣接して構成されており、同一面積、同一拡散とされている。このため、フォトダイオードＡ₂とフォトダイオードＡ’₂とで、それぞれ有するキャパシタンスＣ_A2とＣ_{A '}2 とが同じ値となる。さらに、結合回路１２と帰還抵抗１６とに使用される抵抗Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃の抵抗値もそれぞれ同一とし、抵抗Ｒ₃に印加される電圧も結合回路１２と帰還抵抗１６とで同じ電圧としておく。これにより、結合回路１２の周波数特性と、帰還抵抗１６と第２のフォトダイオードＡ₂とで構成される反転入力回路の周波数特性とを同一とすることができる。
【００２６】
このような結合回路１２が第２の増幅器１４の非反転入力端子に接続されることにより、第２の増幅器１４のゲインは、図２の曲線Ａ’に示されるように、帰還抵抗１６と第２のフォトダイオードＡ₂による効果とは極性が反対でその大きさが同じとなる。このため、相互に打ち消しあって第２の増幅器１４のゲインの周波数特性がフラットなものとなる。
【００２７】
以上のような構成により、第１の増幅器１０からは第１のフォトダイオードＡ₁の出力電流の電流−電圧変換後の電圧出力ａ₁が得られ、第２の増幅器１４の出力端子からは、第１のフォトダイオードＡ₁の出力電流と第２のフォトダイオードＡ₂の出力電流とを加算した電圧出力ａ₁＋ａ₂が得られる。この際、高周波数帯域で使用しても、上述のように第２の増幅器１４のゲインの周波数特性がフラットなので、これによって生ずる誤差はほとんどない。従って、図５に示されるような、ＳＳＤ方式を採用する場合でも、フォトダイオードＡ₁、Ａ₂、Ｄ₁、Ｄ₂のいずれかを単独出力として取り出すことができ、光のスポットの位置とフォトダイオード１１６ａ、１１６ｂの位置合わせを正確に行うことができる。
【００２８】
なお、第１の増幅器１０の周波数特性を、所定の高周波数帯域まで使用できる仕様としておけば、第２の増幅器１４の周波数特性としては、トラッキング用等の他の増幅器と同じ特性としておけばよく、特に周波数特性が限定されるものではない。
【００２９】
図３には、図１に示された回路を使用した、本発明に係る光半導体装置の一実施形態の回路図が示されている。図３において、フォトダイオードＡ₁、Ａ₂、Ｂ、Ｃ、Ｄ₁、Ｄ₂は、それぞれ図５（ｂ）に示されるフォーカシング用のフォトダイオード１１６ａ、１１６ｂの各分割部分である。また、フォトダイオードＥ、Ｆは、図４（ｂ）に示されるトラッキング用のフォトダイオードを示している。
【００３０】
図３に示されるように、フォトダイオードＤ₁、Ｄ₂は、並列に接続され、すなわち短絡されて増幅器に入力されている。従って、図５に示されたＳＳＤ方式の受光素子では、フォトダイオードＤ₁、Ｄ₂のどちら側に光のスポットがずれているかを検知することはできない。
【００３１】
一方、第１のフォトダイオードＡ₁は、第１の増幅器１０に入力され、その電流出力が電圧出力に変換されて端子５から出力される。さらに、第１の増幅器１０の出力は、図１に示された結合回路１２を介して第２の増幅器１４の非反転入力端子に入力され、ここで第２のフォトダイオードＡ₂の出力と加算されて、その出力電圧が端子３から出力される。従って、本実施形態では、第１、第２のフォトダイオードＡ₁、Ａ₂の加算出力の他に、第１のフォトダイオードＡ₁の単独出力も取り出されているので、この単独出力電圧を見ることにより、図５（ｂ）に示されるフォトダイオードの上下方向のどちら側に光のスポットがずれたかを検知することができる。
【００３２】
図３に示された回路は、ワンチップ上に形成されており、上述したように各フォトダイオードの出力電流に対応する電圧出力が各端子から出力される。ただし、端子７は接地端子であり、端子８、９は電源用の端子である。図６に示される従来の光半導体装置においては、第１のフォトダイオードＡ₁と第２のフォトダイオードＡ₂も、フォトダイオードＤ₁、Ｄ₂と同様に短絡されて、１つの増幅器によって増幅されていたので、１０個ある端子のうち１つが余っていた。しかし、本実施形態においては、第１のフォトダイオードＡ₁の単独出力と、第１のフォトダイオードＡ₁と第２のフォトダイオードＡ₂の加算出力とを別々に出力するように構成したので、第１の増幅器１０の出力端子と第２の増幅器１４の出力端子がそれぞれ別に設けられており、１０個の端子全部を使用している。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１の増幅器と第２の増幅器の間に第２の増幅器の周波数特性を調整する結合回路を挿入したので、第２の増幅器の周波数特性がフラットとなり、第１のフォトダイオードの単独出力と、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとの加算出力とを高周波数帯域まで誤差なく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光半導体装置の第１のフォトダイオードの単独出力及び第１、第２のフォトダイオードの加算出力を得る回路の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示された第２の増幅器の周波数特性の説明図である。
【図３】本発明に係る光半導体装置の一実施形態の回路図である。
【図４】受光装置の構成を示す図である。
【図５】ＳＳＤ方式によるフォーカシングの例の説明図である。
【図６】従来における光半導体装置の例の回路図である。
【図７】第１のフォトダイオードの単独出力及び第１、第２のフォトダイオードの加算出力を得るための回路の例を示す図である。
【符号の説明】
１０第１の増幅器、１２結合回路、１４第２の増幅器、１６帰還抵抗、１００レーザダイオード、１０２ビームスプリッタ、１０４光ディスク、１０６フォトダイオード、１０８トラッキング用フォトダイオード、１１０フォーカシング用フォトダイオード、１１２ホログラム、１１４ａ, １１４ｂ焦点、１１６ａ, １１６ｂフォーカシング用フォトダイオード、１１８, １２０増幅器、Ａ₁ 第１のフォトダイオード、Ａ₂ 第２のフォトダイオード。

Claims

複数のフォトダイオードと、前記各フォトダイオードの出力電流を電流−電圧変換して出力する増幅器とを有する光半導体装置において、
第１のフォトダイオードの出力電流を増幅する第１の増幅器の出力が、第２のフォトダイオードの出力電流を増幅する第２の増幅器の反転入力回路と同一周波数特性の結合回路を介して前記第２の増幅器の非反転入力端子に入力され、
前記第１のフォトダイオードの出力電流を、前記第１の増幅器から単独で出力すると共に前記第２の増幅器から前記第２のフォトダイオードの出力電流と加算して出力することを特徴とする光半導体装置。
請求項１記載の光半導体装置は、１チップ上に形成されていることを特徴とする光半導体装置。
請求項２記載の光半導体装置は、前記第１の増幅器を介した前記第１のフォトダイオードの単独出力の端子と前記第２の増幅器を介した前記第１、第２のフォトダイオードの加算出力の端子とを、それぞれ別に有することを特徴とする光半導体装置。