JP4043844B2 - 発光素子駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザーダイオードによるディジタル信号の光変調方式として、駆動電流のオン・オフによって変調を行う直接変調方式が一般に広く使われている。
【０００３】
図４に、レーザーダイオードの光出力ｐｆ−順電流Ｉｆ特性を示す。光出力ｐｆは発光の始まる閾値電流Ｉｔｈを境に電流にほぼ比例して増加する。光出力特性は温度に強く依存しており、一般的に光出力ｐｆを一定にするには温度が高いほどより多くの順電流Ｉｆが必要となる。
【０００４】
図４では、直接変調時に順電流Ｉｆを一定としたときの、温度による光出力波形の差を示している。曲線Ａは低温時のレーザーダイオードの光出力−順電流特性曲線を示し、曲線Ｂは高温時のレーザーダイオードの光出力−順電流特性曲線を示す。図４に示すとおり、順電流Ｉｆを一定（＝Ｉ１）にした場合、低温時の光出力ｐｆ（＝Ｐ１）と高温時の光出力ｐｆ（＝Ｐ２）とで大きく変動する。また、温度による特性の変化に加え、経年劣化による光出力ｐｆの低下も大きな問題となる。一般的に上記した温度変化や経年劣化による光出力ｐｆの変動を補償し、一定の光出力ｐｆを得るために、通常レーザーダイオードの順電流Ｉｆは自動出力制御回路（ＡＰＣ回路；Auto Power Control）によって制御される。
【０００５】
レーザーダイオードの光出力ｐｆは、レーザーダイオードモジュールに同梱されたモニター用フォトダイオード（ＭＰＤ）の電流出力によりモニターすることができる。つまり、モニター用フォトダイオードは、レーザーダイオードからの光入力に比例した電流（モニター電流Ｉｍ）を出力するとともに、温度依存も少ない。従って、モニター用フォトダイオードのモニター電流Ｉｍに基づいて、レーザーダイオードの順電流Ｉｆはフィードバック制御が行われる。
【０００６】
ところで、モニター電流Ｉｍの検出方法には、主にピーク検出と平均値検出がある。モニター電流Ｉｍは、抵抗負荷により電圧値Ｖｍに変換されて検出される。そして、ピーク検出は、電圧の波形のハイレベルをモニターすることによって行われる。そのため、ピーク検出は電圧値Ｖｍの波形品質によってその検出精度が大きく左右される。つまり、ピーク検出は、伝送レートが高くなると高速サンプルアンドホールド回路が必要になるとともに、モニター用フォトダイオードの端子容量やレーザーダイオード駆動回路の入力端子容量の影響で、電圧Ｖｍの波形がなまってしまう。従って、ピーク検出は、検出精度の高い検出を行うには実現性に乏しい。
【０００７】
一方、平均値検出は、電圧Ｖｍの波形を平滑して平均値として扱うため取り扱いが容易である。その結果、モニター電流Ｉｍの検出方法は、一般的には平均値検出が主流である。
【０００８】
図５は、従来の平均値検出を用いた自動出力制御回路（ＡＰＣ回路）５０の一例を示す。
モニター用フォトダイオード５１はレーザーダイオード５２の光を受光し、受光した光出力ｐｆに相対したモニター電流Ｉｍを出力する。モニター用フォトダイオード５１のモニター電流Ｉｍは、電流電圧変換回路５３に出力される。電流電圧変換回路５３は、モニター電流Ｉｍの電流値に相対した電圧値Ｖｍに変換し、その電圧値Ｖｍをローパスフィルタ（ＬＰＦ）５４に出力される。ローパスフィルタ５４は、電圧値Ｖｍを平滑する。そして、ローパスフィルタ５４はその平滑化された電圧値Ｖｍをモニター用フォトダイオード平均値信号（以下、モニター用平均値という。）Ｖａｖとして比較回路５５に出力する。比較回路５５は、コンパレーターやオペアンプ等よりなり、前記モニター用平均値Ｖａｖを入力するとともに、予め設定された光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを入力する。比較回路５５は、モニター用平均値Ｖａｖと光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果をレーザーダイオード電流コントロール回路５６に出力する。
【０００９】
レーザーダイオード電流コントロール回路（以下、電流コントロール回路という。）５６は、比較結果を入力しその比較結果に基づいてバイアス電流駆動回路５７及び変調電流駆動回路５８を制御してバイアス電流Ｉｂ又は変調電流Ｉｐ或いはその両方を増減させる。
【００１０】
バイアス電流駆動回路５７は、電流コントロール回路５６からの比較結果に基づく制御信号に基づいてレーザーダイオード５２のバイアス電流Ｉｂの電流量（レベル値）を制御する。変調電流駆動回路５８はデータ信号Ｄを入力し、そのデータ信号Ｄに応答して変調電流Ｉｐをレーザーダイオード５２に出力する。変調電流駆動回路５８は、電流コントロール回路５６からの比較結果に基づく制御信号に基づいて前記変調電流Ｉｐの電流量（レベル値）を制御する。
【００１１】
つまり、レーザーダイオード５２は、最適な光出力ｐｆとなるようにフィードバック制御が行われる。
また、レーザーダイオード５２の経年劣化が進み、ＡＰＣ回路５０での光出力ｐｆの補償範囲外になった場合、光劣化の警報を出すのが一般的である。そこで、ＡＰＣ回路５０には、第２の比較回路５９が設けられている。
【００１２】
第２の比較回路５９は、前記モニター用平均値Ｖａｖを入力するとともに、予め設定された光パワー劣化設定電圧Ｖｄを入力する。第２の比較回路５９は、モニター用平均値Ｖａｖと光パワー劣化設定電圧Ｖｄとを比較する。そして、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー劣化設定電圧Ｖｄを下回ると、第２の比較回路５９は図示しない警報装置を駆動させるための駆動信号を出力する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＡＰＣ回路５０では、直流値で設定されるので前記モニター用平均値Ｖａｖの持つリップル成分が、そのままレーザーダイオード５２の光出力ｐｆを設定する設定値に対する誤差につながる。従って、モニター用平均値Ｖａｖのリップル成分を極力抑えるために、平滑用の前記ローパスフィルタ５４の時定数は比較的大きく設定されている。しかしながら、ローパスフィルタ５４の時定数は比較的大きく設定すると、図６に示すように、収束精度が高い反面、目標の光出力Ｐｏｓに到達するまでの収束時間が長くなる問題が生じる。
【００１４】
また、平均値を扱うため、信号入力が常時あることと、データ信号Ｄの「０」と「１」の確率（マーク率）が１／２に保証されることが前提となっている。
すなわち、従来方式は、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ(Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network) 等のように、収束時間の高速性より高い収束精度が重要となる連続データに適した方式といえる。
【００１５】
一方、ＡＴＭ−ＰＯＮ（Asynchronous Transfer Mode-Passive Optical Network）の上り方向信号に代表されるバースト型の信号では、非常に短時間でのＡＰＣ回路の収束を要求される。ＩＴＵ−ＴＧ９８３．１で勧告されているＡＴＭ−ＰＯＮの場合、１バーストセルは、約２．４μｓｅｃ以内となっている。
【００１６】
図７に示すように、従来通りにローパスフィルタ５４の時定数を長くしたまま自動出力制御を行う場合、モニター用平均値Ｖａｖは、１バーストセルの間に本来達するべき平均値レベルに収束することはできない。従って、１バーストセル内での自動出力制御の収束を実現することは難しい。
【００１７】
バースト信号に対応するためには、自動出力制御の収束時間を短縮しなければならない。そこで、ローパスフィルタ５４の時定数を短くすれば、１バーストセル内でモニター用平均値Ｖａｖをほぼ光パワー設定電圧Ｖｒｅｆ付近に到達させることができる。図８は、ローパスフィルタ５４の時定数を短くした場合の、ＡＰＣ回路５０のタイミングチャートを示す。図８から明らかなように、応答速度を上げることができるが、リップル成分が取り切れておらず、リップルの振幅の分だけ収束値に誤差が生じる。この誤差は、データ信号Ｄのパターンにも強く依存しており、図８に示すように、「１」、「０」が交互にくる場合には、比較的にリップルの振幅は小さい。
【００１８】
しかし、図９に示すように、データ信号が同符号の値が連続するような場合、リップルが大きくなり、その分収束値の誤差も大きくなる傾向にある。
このように、従来方式では、高速かつ収束精度の高い自動出力制御を実現することは難しかった。
【００１９】
また、バースト型データのレーザーダイオード５２の劣化検出についても、同様な問題があった。即ち、ローパスフィルタ５４の時定数を大きくすると、精度を上げることはできるが、１バーストセル内での劣化検出はできなくなる。反対に、ローパスフィルタ５４の時定数を小さくして応答速度を上げると、モニター用平均値Ｖａｖのリップルが大きくなり、劣化レベルまで達しない段階で警報信号を出すことが多くなる。その結果、バースト型の信号を扱う場合、従来の劣化検出方法は不向きであった。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、時定数を短めに設定してもバーストデータを伝送する際に要求される発光出力の収束速度の高速化と収束精度の向上を図ることができる発光素子駆動装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、データ信号に基づいて発光素子を予め定めた光出力で発光させる駆動電流を前記発光素子に出力するための駆動電流生成回路と、前記発光素子からの光を受光し、その光出力に相対した検出信号を出力する検出用受光素子と、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと、前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号と、予め定めた設定信号とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて前記駆動電流生成回路に前記発光素子が前記予め定めた光出力になるための駆動電流を出力させるための制御信号を生成する制御回路と、を備えた発光素子駆動装置において、前記設定信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形するとともに前記平滑化された検出信号と同期して前記比較回路に出力させる設定信号生成回路を設けたことを要旨とする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光素子駆動装置において、前記設定信号生成回路からの設定信号を入力し、その設定信号を予め定めたレベルに減衰して発光素子劣化設定信号を生成するレベル調整回路と、前記発光素子劣化設定信号と前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号とを比較して前記発光素子の劣化の有無を判定する第２の比較回路とを設けたことを要旨とする。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発光素子駆動装置において、前記設定信号生成回路は、前記データ信号を遅延させる遅延回路と、前記遅延回路にて遅延されたデータ信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形する波形整形回路とを備えたことを要旨とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発光素子駆動装置において、前記遅延回路にて遅延されたデータ信号を、レベル変換するために予め定めた直流電圧を前記データ信号を使ってパルス変調し、そのパルス変調した信号を前記波形整形回路に出力するパルス変調回路を設けたことを要旨とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発光素子駆動装置において、前記波形整形回路にて波形整形された設定信号を予め定めたレベルに変換して前記比較回路に出力するレベル変換回路を設けたことを要旨とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５にいずれか１つに記載の発光素子駆動装置において、前記波形整形回路は、前記第１のフィルタに入力される前の前記データ信号に対する検出信号の波形と同様に、遅延されたデータ信号の波形をなます第２のフィルタと、前記第２のフィルタにて波形整形された遅延されたデータ信号を、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと同様に、平滑化する第３のフィルタとを備えたことを要旨とする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、データ信号に基づいて発光素子を予め定めた光出力で発光させる駆動電流を前記発光素子に出力するための駆動電流生成回路と、前記発光素子からの光を受光し、その光出力に相対した検出信号を出力する検出用受光素子と、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと、前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号と、予め定めた設定信号とを比較して前記発光素子の劣化の有無を判定する第２の比較回路と、を備えた発光素子駆動装置において、前記設定信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形するとともに前記平滑化された検出信号と同期して前記第２の比較回路に出力させる設定信号生成回路を設けたことを要旨とする。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、設定信号生成回路が、比較回路に入力する設定信号を、第１のフィルタから出力される検出信号と同じリップル成分となるように波形整形しかつ前記検出信号と同期して前記比較回路に入力させる。
【００２８】
その結果、設定信号は、検出信号のリップル成分及び検出信号の遅延を考慮した信号となって比較回路に入力される。従って、発光素子について、高速かつ精度の高い発光制御を実現することができる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、第２の比較回路に入力する発光素子劣化設定信号は、レベル調整回路によって、設定信号生成回路が生成した設定信号を予め定めたレベルに減衰されて生成される。その結果、発光素子劣化設定信号は、検出信号のリップル成分及び検出信号の遅延を考慮した信号となって第２の比較回路に入力される。従って、劣化検出のためだけの特別な回路を多く設けることなく高速かつ精度の高い発光素子の劣化検出をすることができる。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、比較回路に入力する設定信号は、遅延回路によって遅延させたデータ信号を、波形整形回路によって平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形して生成される。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、パルス変調回路は、予め定めた直流電圧をデータ信号を使ってパルス変調することによって、比較回路に出力される設定信号のレベルが設定される。
【００３２】
請求項５に記載の発明によれば、レベル変換回路は、波形整形回路にて波形整形された信号を予め定めたレベルに変換されて設定信号として比較回路に出力する。
【００３３】
請求項６に記載の発明によれば、設定信号は、第２のフィルタによって第１のフィルタに入力される前の検出信号の波形と同様に波形整形される。続いて、第２のフィルタによって波形整形された設定信号は、第３のフィルタによって前記検出信号が第１のフィルタにて平滑化されたのと同様に波形整形される。
【００３４】
請求項７に記載の発明によれば、発光素子劣化設定信号は、検出信号のリップル成分及び検出信号の遅延を考慮した信号となって第２の比較回路に入力される。従って、高速かつ精度の高い発光素子の劣化検出をすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をレーザーダイオード駆動装置に具体化した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
【００３６】
図１は、レーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路を示し、検出用受光素子としてのモニター用フォトダイオード１１は発光素子としてのレーザーダイオード１２の光を受光し、受光した光出力Ｐｆに相対したモニター電流Ｉｍを出力する。モニター用フォトダイオード１１のモニター電流Ｉｍは、電流電圧変換回路１３に出力される。電流電圧変換回路１３は、シャント抵抗Ｒを備え、そのシャント抵抗Ｒにモニター電流Ｉｍを流してシャント抵抗Ｒにかかる端子間電圧をモニター電圧Ｖｍとして第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４に出力する。第１のフィルタとしての第１のローパスフィルタ１４は、モニター電圧Ｖｍを平滑化する。そして、ローパスフィルタ１４はその平滑化したモニター電圧Ｖｍをモニター用フォトダイオード平均値信号（モニター用平均値）Ｖａｖとして第１の比較回路１５に出力する。
【００３７】
第１の比較回路１５は、コンパレーターやオペアンプ等よりなり、前記モニター用平均値Ｖａｖを検出信号として入力するとともに、設定信号としての光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを入力する。第１の比較回路１５は、モニター用平均値Ｖａｖと光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果を制御信号としてのレーザーダイオード電流コントロール回路（電流コントロール回路）１６に出力する。
【００３８】
電流コントロール回路１６は、比較結果を入力しその比較結果に基づいて駆動電流生成回路を構成するバイアス電流駆動回路１７及び変調電流駆動回路１８に制御信号をそれぞれ出力することによりバイアス電流Ｉｂ又は変調電流Ｉｐあるいはその両方を増減させる。
【００３９】
バイアス電流駆動回路１７は、電流コントロール回路１６からの比較結果に基づく制御信号に基づいてレーザーダイオード１２の発光閾値電流としてのバイアス電流Ｉｂのレベル値（電流量）を制御する。変調電流駆動回路１８はデータ信号Ｄを入力し、そのデータ信号Ｄに応答して変調電流Ｉｐをレーザーダイオード１２に出力する。変調電流駆動回路１８は、電流コントロール回路１６からの比較結果に基づく制御信号に基づいて前記変調電流Ｉｐのレベル値（電流量）を制御する。従って、レーザーダイオード１２にバイアス電流Ｉｂと変調電流Ｉｐの合計が駆動電流として供給される。
【００４０】
次に、前記光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを生成する設定信号生成回路としての設定生成回路について説明する。設定電圧生成回路２０は、遅延回路としての遅延補償回路２１、パルス変調回路２２、第２のローパスフィルタ２３、第３のローパスフィルタ２４及び可変直流電圧源２５を備えている。遅延補償回路２１は、前記変調電流駆動回路１８に供給されるデータ信号Ｄを入力する。遅延補償回路２１は、データ信号Ｄを予め定めた遅延時間だけ遅延させて次段のパルス変調回路２２に出力される。前記遅延時間は、データ信号Ｄに基づいて前記モニター用平均値Ｖａｖが第１のローパスフィルタ１４から出力される際に、前記変調電流駆動回路１８、レーザーダイオード１２、モニター用フォトダイオード１１等で生じる遅延を補償する時間である。詳述すると、データ信号Ｄに基づいて第３のローパスフィルタ２４から出力される光パワー設定電圧Ｖｒｅｆの出力タイミングが前記データ信号Ｄに基づいて前記モニター用平均値Ｖａｖが第１のローパスフィルタ１４から出力されるタイミングと一致する時間である。従って、遅延補償回路２１での遅延時間は、遅延補償回路２１、パルス変調回路２２、第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４の遅延時間を考慮して決定されている。
【００４１】
遅延補償回路２１にて遅延されたデータ信号Ｄは、パルス変調回路２２に出力される。パルス変調回路２２は、可変直流電圧源２５から直流設定電圧Ｖｐｓを入力する。この直流設定電圧Ｖｐｓは、前記従来の技術で説明した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆに相当する直流電圧であって、前記モニター電圧Ｖｍと比較してレーザーダイオード１２の光出力Ｐｆが予め定めた目標の光出力Ｐｏｓに達しているか判断する値である。パルス変調回路２２は、直流設定電圧Ｖｐｓをデータ信号Ｄで変調する。つまり、パルス変調回路２２によって、直流設定電圧Ｖｐｓが変調されて、図２（ａ）に示すデータ信号Ｄと同じ周波数成分を持つ図２（ｃ）に示す変調後設定電圧Ｖｐｍ１を生成する。
【００４２】
変調後設定電圧Ｖｐｍ１は、第２のローパスフィルタ２３に出力される。第２のローパスフィルタ２３は、前記電流電圧変換回路１３から出力されるモニター電圧Ｖｍの波形と相似するように、変調後設定電圧Ｖｐｍ１を波形整形する。詳述すると、前記モニター用フォトダイオード１１の寄生容量、配線容量、電流電圧変換回路１３の寄生容量等の回路定数によって、電流電圧変換回路１３から出力されるモニター電圧Ｖｍは、その電圧波形はなまった波形になる。そこで、第２のローパスフィルタ２３は、この回路定数を同じにして変調後設定電圧Ｖｐｍ１をモニター電圧Ｖｍと同じようになまった波形に波形整形するようになっている。
【００４３】
変調後設定電圧Ｖｐｍ１は第２のローパスフィルタ２３にて波形整形されて第２変調後設定電圧Ｖｐｍ２として第３のローパスフィルタ２４に出力される。
第３のローパスフィルタ２４は、第２変調後設定電圧Ｖｐｍ２を前記第１のローパスフィルタ１４と同一条件で波形整形し、その波形した信号を光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとして出力する。
【００４４】
従って、光パワー設定電圧Ｖｒｅｆは、図２（ｄ）に示すように、モニター用平均値Ｖａｖと同じ波形、即ち、リップル成分を持った波形となる。しかも、前記遅延補償回路２１によって、データ信号Ｄに基づいて第３のローパスフィルタ２４から出力される光パワー設定電圧Ｖｒｅｆは、データ信号Ｄに基づいて第１のローパスフィルタ１４から出力されるモニター用平均値Ｖａｖと同期する。
【００４５】
従って、第１の比較回路１５は、モニター用平均値Ｖａｖを、同モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つとともに同期した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆと比較することができる。その結果、第１の比較回路１５は、リップル成分による誤差及びモニター用平均値Ｖａｖの遅延による誤差を極力抑えたより精度の高い比較を行うことができる。そして、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを超えると、第１の比較回路１５は、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、Ｈレベル（高電位）に検出信号を出力する。反対に、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー設定電圧Ｖｒｅｆ以下になると、第１の比較回路１５は、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、Ｌレベル（低電位）に検出信号を出力する。
【００４６】
従って、前記電流コントロール回路１６は、第１の比較回路１５の比較結果に基づいてバイアス電流駆動回路１７及び変調電流駆動回路１８に対して制御信号をそれぞれ出力する。つまり、電流コントロール回路１６は、レーザーダイオード１２の光出力Ｐｆが目標の光出力Ｐｏｓとなるための同レーザーダイオード１２の駆動電流（＝Ｉｐ＋Ｉｂ）を供給するための制御信号を生成し出力する。その結果、レーザーダイオード１２は、常に目標の光出力Ｐｏｓに発光するように制御されることになる。
【００４７】
前記第１のローパスフィルタ１４からのモニター用平均値Ｖａｖは、第２の比較回路３１に出力される。また、第２の比較回路３１は、モニター用平均値Ｖａｖを入力するとともに、レベル調整回路としての減衰器３２から光パワー劣化設定電圧Ｖｄを入力する。減衰器３２は、前記設定電圧生成回路２０が生成した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを入力し発光素子劣化設定信号としての光パワー劣化設定電圧Ｖｄを生成する。減衰器３２は、光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを予め定められた低いレベルにレベル変換して、モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つ光パワー劣化設定電圧Ｖｄを生成する。詳述すると、減衰器３２によるレベル変換は、レーザーダイオード１２の駆動電流（＝Ｉｐ＋Ｉｂ）に対する光出力Ｐｆが予め定めた発光出力以下になってレーザーダイオード１２が劣化した時のモニター用平均値Ｖａｖにレベル変換する。
【００４８】
従って、第２の比較回路３１は、モニター用平均値Ｖａｖを、同モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つとともに同期した光パワー劣化設定電圧Ｖｄにて比較することができる。そして、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー劣化設定電圧Ｖｄ以下になると、第２の比較回路３１は、図示しない警報装置を駆動させるためのＨレベル（高電位）の駆動信号を出力する。
【００４９】
従って、レーザーダイオード１２が劣化して目標の光出力Ｐｏｓに発光制御されずに光出力Ｐｆが低下し光パワー劣化設定電圧Ｖｄ以下になると、レーザーダイオード１２が劣化したと判断される。
【００５０】
次に、上記のように構成したレーザーダイオード駆動装置の特徴を以下に記載する。
（１）本実施形態では、設定電圧生成回路２０によって生成した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを、モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持った波形とするとともに、同モニター用平均値Ｖａｖと同期して第１の比較回路１５に出力させるようにした。そして、第１の比較回路１５において、モニター用平均値Ｖａｖを、同モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つとともに同期した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆにて比較するようにした。
【００５１】
従って、第１のローパスフィルタ１４の時定数を短くし応答速度を上げても、第１の比較回路１５は、リップル成分による誤差及びモニター用平均値Ｖａｖの遅延による誤差を極力抑えたより精度の高い比較を行うことができる。その結果、バースト型のデータ信号Ｄにおいて要求される高速かつ精度の高いレーザーダイオード１２の発光制御を実現することができる。
【００５２】
（２）本実施形態では、設定電圧生成回路２０によって生成した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを、減衰器３２を介してレベル変換して光パワー劣化設定電圧Ｖｄとして第２の比較回路３１に出力した。そして、第２の比較回路３１に入力された光パワー劣化設定電圧Ｖｄはモニター用平均値Ｖａｖと同期した波形にした。
【００５３】
従って、第２の比較回路３１は、リップル成分による誤差及びモニター用平均値Ｖａｖの遅延による誤差を極力抑えたより精度の高い比較を行うことができる。その結果、バースト型のデータ信号Ｄにおいて要求される応答速度が速く精度の高いレーザーダイオード１２の劣化検出を実現することができる。
【００５４】
（３）本実施形態では、設定電圧生成回路２０は、光パワー劣化設定電圧Ｖｄを生成するためにも利用されている。つまり、減衰器３２を設けるだけでレーザーダイオード１２の劣化検出のためだけの設定電圧生成回路を設ける必要がない。従って、駆動装置としての回路規模をその分小さくすることができる。
【００５５】
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４からなる波形整形回路の前段に設けたパルス変調回路２２及び可変直流電圧源２５にて、第１の比較回路１５に入力する光パワー設定電圧Ｖｒｅｆのレベルを調整した。これを、第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４からなる波形整形回路から出力される波形整形された信号をレベル調整して第１の比較回路１５に光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを出力してもよい。
【００５６】
例えば、図３に示すように、遅延補償回路２１にて遅延されたデータ信号Ｄを、前記第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４からなる波形整形回路に入力する。そして、波形整形された第２変調後設定電圧Ｖｐｍ２をアッテネータ等よりなるレベル変換回路としてのＤＣコントローラ２６にてレベル調整し、そのレベル調整した信号を光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとして第１の比較回路１５に出力する。
【００５７】
また、この光パワー設定電圧Ｖｒｅｆは、前記減衰器３２に出力される。そして、減衰器３２にてレベル変換されて光パワー劣化設定電圧Ｖｄが生成され、第２の比較回路３１に出力されるようにした。
【００５８】
この場合にも、前記実施形態と同様に、高速かつ精度の高いレーザーダイオード１２の発光制御を実現することができるとともに、劣化検出が実現できる。しかも、前記実施形態に比べてＤＣコントローラ２６を設けるだけなので駆動装置としての回路規模をさらに小さくすることができる。
【００５９】
○上記実施形態では、発光素子としてレーザーダイオード１２の駆動装置に具体化したが、発光ダイオード等のその他発光素子の駆動装置に応用してもよい。○上記実施形態では、受光素子としてモニター用フォトダイオード１１に具体化したが、フォトトランジスタ等のその他受光素子に変更して実施してもよい。
【００６０】
○上記実施形態では、光パワー劣化設定電圧Ｖｄは、設定電圧生成回路２０にて生成されるレーザーダイオード１２の発光を制御するための光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを利用して生成されるようにした。これを、光パワー劣化設定電圧Ｖｄのためだけの専用の設定信号生成回路を設けて実施してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１〜６に記載の発明によれば、高速かつ精度の高い発光素子の発光制御を実現することができる。
【００６２】
請求項２及び７に記載の発明によれば、高速かつ精度の高い発光素子の劣化検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化したレーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路図である。
【図２】（ａ）はデータ信号の波形図、（ｂ）はデータ信号に対する光出力波形図、（ｃ）は変調後設定電圧の波形図、（ｄ）は光パワー設定電圧とモニター用平均値の両波形図、（ｅ）は比較結果を説明するための検出信号の波形図である。
【図３】本発明の別例を説明するためのレーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路図。
【図４】レーザーダイオードの低温と高温における順電流に対する光出力の関係を説明する特性図。
【図５】従来のレーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路図。
【図６】従来のレーザーダイオード駆動装置における連続データ信号に対するタイミングチャートを示した図。
【図７】従来のレーザーダイオード駆動装置において時定数を大きくしたときのバースト信号に対するタイミングチャートを示した図。
【図８】従来のレーザーダイオード駆動装置において時定数を小さくした場合であって、データ信号の異なる符号が交互に変わる場合のタイミングチャートを示した図。
【図９】従来のレーザーダイオード駆動装置において時定数を小さくした場合であって、データ信号の同じ符号が連続する場合のタイミングチャートを示した図。
【符号の説明】
１１…検出用受光素子としてのモニター用フォトダイオード
１２…発光素子としてのレーザーダイオード
１３…電流電圧変換回路
１４…第１のフィルタとしての第１のローパスフィルタ
１５…第１の比較回路
１６…制御回路としてのレーザーダイオード電流コントロール回路（電流コントロール回路）
２０…設定信号生成回路としての設定電圧生成回路
２１…遅延補償回路
２２…パルス変調回路
２３…波形整形回路としての第２のローパスフィルタ
２４…波形整形回路としての第３のローパスフィルタ
２５…可変直流電圧源
２６…レベル変換回路としてのＤＣコントローラ
３１…第２の比較回路
３２…レベル調整回路としての減衰器
Ｐｆ…光出力
Ｉｍ…モニター電流
Ｒ…シャント抵抗
Ｖｍ…モニター電圧
Ｖａｖ…検出信号としてのモニター用フォトダイオード平均値信号（モニター用平均値）
Ｖｒｅｆ…光パワー設定電圧
Ｉｂ…バイアス電流
Ｉｐ…変調電流
Ｄ…データ信号
Ｖｄ…設定信号としての光パワー劣化設定電圧
Ｖｐｓ…変調前の光パワー設定電圧
Ｖｐｍ１…変調後設定電圧
Ｖｐｍ２…第２変調後設定電圧
Ｐｏｓ…目標の光出力
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザーダイオードによるディジタル信号の光変調方式として、駆動電流のオン・オフによって変調を行う直接変調方式が一般に広く使われている。
【０００３】
図４に、レーザーダイオードの光出力ｐｆ−順電流Ｉｆ特性を示す。光出力ｐｆは発光の始まる閾値電流Ｉｔｈを境に電流にほぼ比例して増加する。光出力特性は温度に強く依存しており、一般的に光出力ｐｆを一定にするには温度が高いほどより多くの順電流Ｉｆが必要となる。
【０００４】
図４では、直接変調時に順電流Ｉｆを一定としたときの、温度による光出力波形の差を示している。曲線Ａは低温時のレーザーダイオードの光出力−順電流特性曲線を示し、曲線Ｂは高温時のレーザーダイオードの光出力−順電流特性曲線を示す。図４に示すとおり、順電流Ｉｆを一定（＝Ｉ１）にした場合、低温時の光出力ｐｆ（＝Ｐ１）と高温時の光出力ｐｆ（＝Ｐ２）とで大きく変動する。また、温度による特性の変化に加え、経年劣化による光出力ｐｆの低下も大きな問題となる。一般的に上記した温度変化や経年劣化による光出力ｐｆの変動を補償し、一定の光出力ｐｆを得るために、通常レーザーダイオードの順電流Ｉｆは自動出力制御回路（ＡＰＣ回路；Auto Power Control）によって制御される。
【０００５】
レーザーダイオードの光出力ｐｆは、レーザーダイオードモジュールに同梱されたモニター用フォトダイオード（ＭＰＤ）の電流出力によりモニターすることができる。つまり、モニター用フォトダイオードは、レーザーダイオードからの光入力に比例した電流（モニター電流Ｉｍ）を出力するとともに、温度依存も少ない。従って、モニター用フォトダイオードのモニター電流Ｉｍに基づいて、レーザーダイオードの順電流Ｉｆはフィードバック制御が行われる。
【０００６】
ところで、モニター電流Ｉｍの検出方法には、主にピーク検出と平均値検出がある。モニター電流Ｉｍは、抵抗負荷により電圧値Ｖｍに変換されて検出される。そして、ピーク検出は、電圧の波形のハイレベルをモニターすることによって行われる。そのため、ピーク検出は電圧値Ｖｍの波形品質によってその検出精度が大きく左右される。つまり、ピーク検出は、伝送レートが高くなると高速サンプルアンドホールド回路が必要になるとともに、モニター用フォトダイオードの端子容量やレーザーダイオード駆動回路の入力端子容量の影響で、電圧Ｖｍの波形がなまってしまう。従って、ピーク検出は、検出精度の高い検出を行うには実現性に乏しい。
【０００７】
一方、平均値検出は、電圧Ｖｍの波形を平滑して平均値として扱うため取り扱いが容易である。その結果、モニター電流Ｉｍの検出方法は、一般的には平均値検出が主流である。
【０００８】
図５は、従来の平均値検出を用いた自動出力制御回路（ＡＰＣ回路）５０の一例を示す。
モニター用フォトダイオード５１はレーザーダイオード５２の光を受光し、受光した光出力ｐｆに相対したモニター電流Ｉｍを出力する。モニター用フォトダイオード５１のモニター電流Ｉｍは、電流電圧変換回路５３に出力される。電流電圧変換回路５３は、モニター電流Ｉｍの電流値に相対した電圧値Ｖｍに変換し、その電圧値Ｖｍをローパスフィルタ（ＬＰＦ）５４に出力される。ローパスフィルタ５４は、電圧値Ｖｍを平滑する。そして、ローパスフィルタ５４はその平滑化された電圧値Ｖｍをモニター用フォトダイオード平均値信号（以下、モニター用平均値という。）Ｖａｖとして比較回路５５に出力する。比較回路５５は、コンパレーターやオペアンプ等よりなり、前記モニター用平均値Ｖａｖを入力するとともに、予め設定された光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを入力する。比較回路５５は、モニター用平均値Ｖａｖと光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果をレーザーダイオード電流コントロール回路５６に出力する。
【０００９】
レーザーダイオード電流コントロール回路（以下、電流コントロール回路という。）５６は、比較結果を入力しその比較結果に基づいてバイアス電流駆動回路５７及び変調電流駆動回路５８を制御してバイアス電流Ｉｂ又は変調電流Ｉｐ或いはその両方を増減させる。
【００１０】
バイアス電流駆動回路５７は、電流コントロール回路５６からの比較結果に基づく制御信号に基づいてレーザーダイオード５２のバイアス電流Ｉｂの電流量（レベル値）を制御する。変調電流駆動回路５８はデータ信号Ｄを入力し、そのデータ信号Ｄに応答して変調電流Ｉｐをレーザーダイオード５２に出力する。変調電流駆動回路５８は、電流コントロール回路５６からの比較結果に基づく制御信号に基づいて前記変調電流Ｉｐの電流量（レベル値）を制御する。
【００１１】
つまり、レーザーダイオード５２は、最適な光出力ｐｆとなるようにフィードバック制御が行われる。
また、レーザーダイオード５２の経年劣化が進み、ＡＰＣ回路５０での光出力ｐｆの補償範囲外になった場合、光劣化の警報を出すのが一般的である。そこで、ＡＰＣ回路５０には、第２の比較回路５９が設けられている。
【００１２】
第２の比較回路５９は、前記モニター用平均値Ｖａｖを入力するとともに、予め設定された光パワー劣化設定電圧Ｖｄを入力する。第２の比較回路５９は、モニター用平均値Ｖａｖと光パワー劣化設定電圧Ｖｄとを比較する。そして、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー劣化設定電圧Ｖｄを下回ると、第２の比較回路５９は図示しない警報装置を駆動させるための駆動信号を出力する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＡＰＣ回路５０では、直流値で設定されるので前記モニター用平均値Ｖａｖの持つリップル成分が、そのままレーザーダイオード５２の光出力ｐｆを設定する設定値に対する誤差につながる。従って、モニター用平均値Ｖａｖのリップル成分を極力抑えるために、平滑用の前記ローパスフィルタ５４の時定数は比較的大きく設定されている。しかしながら、ローパスフィルタ５４の時定数は比較的大きく設定すると、図６に示すように、収束精度が高い反面、目標の光出力Ｐｏｓに到達するまでの収束時間が長くなる問題が生じる。
【００１４】
また、平均値を扱うため、信号入力が常時あることと、データ信号Ｄの「０」と「１」の確率（マーク率）が１／２に保証されることが前提となっている。
すなわち、従来方式は、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ(Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network) 等のように、収束時間の高速性より高い収束精度が重要となる連続データに適した方式といえる。
【００１５】
一方、ＡＴＭ−ＰＯＮ（Asynchronous Transfer Mode-Passive Optical Network）の上り方向信号に代表されるバースト型の信号では、非常に短時間でのＡＰＣ回路の収束を要求される。ＩＴＵ−ＴＧ９８３．１で勧告されているＡＴＭ−ＰＯＮの場合、１バーストセルは、約２．４μｓｅｃ以内となっている。
【００１６】
図７に示すように、従来通りにローパスフィルタ５４の時定数を長くしたまま自動出力制御を行う場合、モニター用平均値Ｖａｖは、１バーストセルの間に本来達するべき平均値レベルに収束することはできない。従って、１バーストセル内での自動出力制御の収束を実現することは難しい。
【００１７】
バースト信号に対応するためには、自動出力制御の収束時間を短縮しなければならない。そこで、ローパスフィルタ５４の時定数を短くすれば、１バーストセル内でモニター用平均値Ｖａｖをほぼ光パワー設定電圧Ｖｒｅｆ付近に到達させることができる。図８は、ローパスフィルタ５４の時定数を短くした場合の、ＡＰＣ回路５０のタイミングチャートを示す。図８から明らかなように、応答速度を上げることができるが、リップル成分が取り切れておらず、リップルの振幅の分だけ収束値に誤差が生じる。この誤差は、データ信号Ｄのパターンにも強く依存しており、図８に示すように、「１」、「０」が交互にくる場合には、比較的にリップルの振幅は小さい。
【００１８】
しかし、図９に示すように、データ信号が同符号の値が連続するような場合、リップルが大きくなり、その分収束値の誤差も大きくなる傾向にある。
このように、従来方式では、高速かつ収束精度の高い自動出力制御を実現することは難しかった。
【００１９】
また、バースト型データのレーザーダイオード５２の劣化検出についても、同様な問題があった。即ち、ローパスフィルタ５４の時定数を大きくすると、精度を上げることはできるが、１バーストセル内での劣化検出はできなくなる。反対に、ローパスフィルタ５４の時定数を小さくして応答速度を上げると、モニター用平均値Ｖａｖのリップルが大きくなり、劣化レベルまで達しない段階で警報信号を出すことが多くなる。その結果、バースト型の信号を扱う場合、従来の劣化検出方法は不向きであった。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、時定数を短めに設定してもバーストデータを伝送する際に要求される発光出力の収束速度の高速化と収束精度の向上を図ることができる発光素子駆動装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、データ信号に基づいて発光素子を予め定めた光出力で発光させる駆動電流を前記発光素子に出力するための駆動電流生成回路と、前記発光素子からの光を受光し、その光出力に相対した検出信号を出力する検出用受光素子と、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと、前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号と、予め定めた設定信号とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて前記駆動電流生成回路に前記発光素子が前記予め定めた光出力になるための駆動電流を出力させるための制御信号を生成する制御回路と、を備えた発光素子駆動装置において、前記設定信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形するとともに前記平滑化された検出信号と同期して前記比較回路に出力させる設定信号生成回路を設けたことを要旨とする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光素子駆動装置において、前記設定信号生成回路からの設定信号を入力し、その設定信号を予め定めたレベルに減衰して発光素子劣化設定信号を生成するレベル調整回路と、前記発光素子劣化設定信号と前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号とを比較して前記発光素子の劣化の有無を判定する第２の比較回路とを設けたことを要旨とする。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発光素子駆動装置において、前記設定信号生成回路は、前記データ信号を遅延させる遅延回路と、前記遅延回路にて遅延されたデータ信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形する波形整形回路とを備えたことを要旨とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発光素子駆動装置において、前記遅延回路にて遅延されたデータ信号を、レベル変換するために予め定めた直流電圧を前記データ信号を使ってパルス変調し、そのパルス変調した信号を前記波形整形回路に出力するパルス変調回路を設けたことを要旨とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発光素子駆動装置において、前記波形整形回路にて波形整形された設定信号を予め定めたレベルに変換して前記比較回路に出力するレベル変換回路を設けたことを要旨とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５にいずれか１つに記載の発光素子駆動装置において、前記波形整形回路は、前記第１のフィルタに入力される前の前記データ信号に対する検出信号の波形と同様に、遅延されたデータ信号の波形をなます第２のフィルタと、前記第２のフィルタにて波形整形された遅延されたデータ信号を、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと同様に、平滑化する第３のフィルタとを備えたことを要旨とする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、データ信号に基づいて発光素子を予め定めた光出力で発光させる駆動電流を前記発光素子に出力するための駆動電流生成回路と、前記発光素子からの光を受光し、その光出力に相対した検出信号を出力する検出用受光素子と、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと、前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号と、予め定めた設定信号とを比較して前記発光素子の劣化の有無を判定する第２の比較回路と、を備えた発光素子駆動装置において、前記設定信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形するとともに前記平滑化された検出信号と同期して前記第２の比較回路に出力させる設定信号生成回路を設けたことを要旨とする。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、設定信号生成回路が、比較回路に入力する設定信号を、第１のフィルタから出力される検出信号と同じリップル成分となるように波形整形しかつ前記検出信号と同期して前記比較回路に入力させる。
【００２８】
その結果、設定信号は、検出信号のリップル成分及び検出信号の遅延を考慮した信号となって比較回路に入力される。従って、発光素子について、高速かつ精度の高い発光制御を実現することができる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、第２の比較回路に入力する発光素子劣化設定信号は、レベル調整回路によって、設定信号生成回路が生成した設定信号を予め定めたレベルに減衰されて生成される。その結果、発光素子劣化設定信号は、検出信号のリップル成分及び検出信号の遅延を考慮した信号となって第２の比較回路に入力される。従って、劣化検出のためだけの特別な回路を多く設けることなく高速かつ精度の高い発光素子の劣化検出をすることができる。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、比較回路に入力する設定信号は、遅延回路によって遅延させたデータ信号を、波形整形回路によって平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形して生成される。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、パルス変調回路は、予め定めた直流電圧をデータ信号を使ってパルス変調することによって、比較回路に出力される設定信号のレベルが設定される。
【００３２】
請求項５に記載の発明によれば、レベル変換回路は、波形整形回路にて波形整形された信号を予め定めたレベルに変換されて設定信号として比較回路に出力する。
【００３３】
請求項６に記載の発明によれば、設定信号は、第２のフィルタによって第１のフィルタに入力される前の検出信号の波形と同様に波形整形される。続いて、第２のフィルタによって波形整形された設定信号は、第３のフィルタによって前記検出信号が第１のフィルタにて平滑化されたのと同様に波形整形される。
【００３４】
請求項７に記載の発明によれば、発光素子劣化設定信号は、検出信号のリップル成分及び検出信号の遅延を考慮した信号となって第２の比較回路に入力される。従って、高速かつ精度の高い発光素子の劣化検出をすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をレーザーダイオード駆動装置に具体化した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
【００３６】
図１は、レーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路を示し、検出用受光素子としてのモニター用フォトダイオード１１は発光素子としてのレーザーダイオード１２の光を受光し、受光した光出力Ｐｆに相対したモニター電流Ｉｍを出力する。モニター用フォトダイオード１１のモニター電流Ｉｍは、電流電圧変換回路１３に出力される。電流電圧変換回路１３は、シャント抵抗Ｒを備え、そのシャント抵抗Ｒにモニター電流Ｉｍを流してシャント抵抗Ｒにかかる端子間電圧をモニター電圧Ｖｍとして第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４に出力する。第１のフィルタとしての第１のローパスフィルタ１４は、モニター電圧Ｖｍを平滑化する。そして、ローパスフィルタ１４はその平滑化したモニター電圧Ｖｍをモニター用フォトダイオード平均値信号（モニター用平均値）Ｖａｖとして第１の比較回路１５に出力する。
【００３７】
第１の比較回路１５は、コンパレーターやオペアンプ等よりなり、前記モニター用平均値Ｖａｖを検出信号として入力するとともに、設定信号としての光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを入力する。第１の比較回路１５は、モニター用平均値Ｖａｖと光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果を制御信号としてのレーザーダイオード電流コントロール回路（電流コントロール回路）１６に出力する。
【００３８】
電流コントロール回路１６は、比較結果を入力しその比較結果に基づいて駆動電流生成回路を構成するバイアス電流駆動回路１７及び変調電流駆動回路１８に制御信号をそれぞれ出力することによりバイアス電流Ｉｂ又は変調電流Ｉｐあるいはその両方を増減させる。
【００３９】
バイアス電流駆動回路１７は、電流コントロール回路１６からの比較結果に基づく制御信号に基づいてレーザーダイオード１２の発光閾値電流としてのバイアス電流Ｉｂのレベル値（電流量）を制御する。変調電流駆動回路１８はデータ信号Ｄを入力し、そのデータ信号Ｄに応答して変調電流Ｉｐをレーザーダイオード１２に出力する。変調電流駆動回路１８は、電流コントロール回路１６からの比較結果に基づく制御信号に基づいて前記変調電流Ｉｐのレベル値（電流量）を制御する。従って、レーザーダイオード１２にバイアス電流Ｉｂと変調電流Ｉｐの合計が駆動電流として供給される。
【００４０】
次に、前記光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを生成する設定信号生成回路としての設定生成回路について説明する。設定電圧生成回路２０は、遅延回路としての遅延補償回路２１、パルス変調回路２２、第２のローパスフィルタ２３、第３のローパスフィルタ２４及び可変直流電圧源２５を備えている。遅延補償回路２１は、前記変調電流駆動回路１８に供給されるデータ信号Ｄを入力する。遅延補償回路２１は、データ信号Ｄを予め定めた遅延時間だけ遅延させて次段のパルス変調回路２２に出力される。前記遅延時間は、データ信号Ｄに基づいて前記モニター用平均値Ｖａｖが第１のローパスフィルタ１４から出力される際に、前記変調電流駆動回路１８、レーザーダイオード１２、モニター用フォトダイオード１１等で生じる遅延を補償する時間である。詳述すると、データ信号Ｄに基づいて第３のローパスフィルタ２４から出力される光パワー設定電圧Ｖｒｅｆの出力タイミングが前記データ信号Ｄに基づいて前記モニター用平均値Ｖａｖが第１のローパスフィルタ１４から出力されるタイミングと一致する時間である。従って、遅延補償回路２１での遅延時間は、遅延補償回路２１、パルス変調回路２２、第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４の遅延時間を考慮して決定されている。
【００４１】
遅延補償回路２１にて遅延されたデータ信号Ｄは、パルス変調回路２２に出力される。パルス変調回路２２は、可変直流電圧源２５から直流設定電圧Ｖｐｓを入力する。この直流設定電圧Ｖｐｓは、前記従来の技術で説明した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆに相当する直流電圧であって、前記モニター電圧Ｖｍと比較してレーザーダイオード１２の光出力Ｐｆが予め定めた目標の光出力Ｐｏｓに達しているか判断する値である。パルス変調回路２２は、直流設定電圧Ｖｐｓをデータ信号Ｄで変調する。つまり、パルス変調回路２２によって、直流設定電圧Ｖｐｓが変調されて、図２（ａ）に示すデータ信号Ｄと同じ周波数成分を持つ図２（ｃ）に示す変調後設定電圧Ｖｐｍ１を生成する。
【００４２】
変調後設定電圧Ｖｐｍ１は、第２のローパスフィルタ２３に出力される。第２のローパスフィルタ２３は、前記電流電圧変換回路１３から出力されるモニター電圧Ｖｍの波形と相似するように、変調後設定電圧Ｖｐｍ１を波形整形する。詳述すると、前記モニター用フォトダイオード１１の寄生容量、配線容量、電流電圧変換回路１３の寄生容量等の回路定数によって、電流電圧変換回路１３から出力されるモニター電圧Ｖｍは、その電圧波形はなまった波形になる。そこで、第２のローパスフィルタ２３は、この回路定数を同じにして変調後設定電圧Ｖｐｍ１をモニター電圧Ｖｍと同じようになまった波形に波形整形するようになっている。
【００４３】
変調後設定電圧Ｖｐｍ１は第２のローパスフィルタ２３にて波形整形されて第２変調後設定電圧Ｖｐｍ２として第３のローパスフィルタ２４に出力される。
第３のローパスフィルタ２４は、第２変調後設定電圧Ｖｐｍ２を前記第１のローパスフィルタ１４と同一条件で波形整形し、その波形した信号を光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとして出力する。
【００４４】
従って、光パワー設定電圧Ｖｒｅｆは、図２（ｄ）に示すように、モニター用平均値Ｖａｖと同じ波形、即ち、リップル成分を持った波形となる。しかも、前記遅延補償回路２１によって、データ信号Ｄに基づいて第３のローパスフィルタ２４から出力される光パワー設定電圧Ｖｒｅｆは、データ信号Ｄに基づいて第１のローパスフィルタ１４から出力されるモニター用平均値Ｖａｖと同期する。
【００４５】
従って、第１の比較回路１５は、モニター用平均値Ｖａｖを、同モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つとともに同期した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆと比較することができる。その結果、第１の比較回路１５は、リップル成分による誤差及びモニター用平均値Ｖａｖの遅延による誤差を極力抑えたより精度の高い比較を行うことができる。そして、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを超えると、第１の比較回路１５は、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、Ｈレベル（高電位）に検出信号を出力する。反対に、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー設定電圧Ｖｒｅｆ以下になると、第１の比較回路１５は、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、Ｌレベル（低電位）に検出信号を出力する。
【００４６】
従って、前記電流コントロール回路１６は、第１の比較回路１５の比較結果に基づいてバイアス電流駆動回路１７及び変調電流駆動回路１８に対して制御信号をそれぞれ出力する。つまり、電流コントロール回路１６は、レーザーダイオード１２の光出力Ｐｆが目標の光出力Ｐｏｓとなるための同レーザーダイオード１２の駆動電流（＝Ｉｐ＋Ｉｂ）を供給するための制御信号を生成し出力する。その結果、レーザーダイオード１２は、常に目標の光出力Ｐｏｓに発光するように制御されることになる。
【００４７】
前記第１のローパスフィルタ１４からのモニター用平均値Ｖａｖは、第２の比較回路３１に出力される。また、第２の比較回路３１は、モニター用平均値Ｖａｖを入力するとともに、レベル調整回路としての減衰器３２から光パワー劣化設定電圧Ｖｄを入力する。減衰器３２は、前記設定電圧生成回路２０が生成した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを入力し発光素子劣化設定信号としての光パワー劣化設定電圧Ｖｄを生成する。減衰器３２は、光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを予め定められた低いレベルにレベル変換して、モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つ光パワー劣化設定電圧Ｖｄを生成する。詳述すると、減衰器３２によるレベル変換は、レーザーダイオード１２の駆動電流（＝Ｉｐ＋Ｉｂ）に対する光出力Ｐｆが予め定めた発光出力以下になってレーザーダイオード１２が劣化した時のモニター用平均値Ｖａｖにレベル変換する。
【００４８】
従って、第２の比較回路３１は、モニター用平均値Ｖａｖを、同モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つとともに同期した光パワー劣化設定電圧Ｖｄにて比較することができる。そして、モニター用平均値Ｖａｖが光パワー劣化設定電圧Ｖｄ以下になると、第２の比較回路３１は、図示しない警報装置を駆動させるためのＨレベル（高電位）の駆動信号を出力する。
【００４９】
従って、レーザーダイオード１２が劣化して目標の光出力Ｐｏｓに発光制御されずに光出力Ｐｆが低下し光パワー劣化設定電圧Ｖｄ以下になると、レーザーダイオード１２が劣化したと判断される。
【００５０】
次に、上記のように構成したレーザーダイオード駆動装置の特徴を以下に記載する。
（１）本実施形態では、設定電圧生成回路２０によって生成した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを、モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持った波形とするとともに、同モニター用平均値Ｖａｖと同期して第１の比較回路１５に出力させるようにした。そして、第１の比較回路１５において、モニター用平均値Ｖａｖを、同モニター用平均値Ｖａｖと同じリップル成分を持つとともに同期した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆにて比較するようにした。
【００５１】
従って、第１のローパスフィルタ１４の時定数を短くし応答速度を上げても、第１の比較回路１５は、リップル成分による誤差及びモニター用平均値Ｖａｖの遅延による誤差を極力抑えたより精度の高い比較を行うことができる。その結果、バースト型のデータ信号Ｄにおいて要求される高速かつ精度の高いレーザーダイオード１２の発光制御を実現することができる。
【００５２】
（２）本実施形態では、設定電圧生成回路２０によって生成した光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを、減衰器３２を介してレベル変換して光パワー劣化設定電圧Ｖｄとして第２の比較回路３１に出力した。そして、第２の比較回路３１に入力された光パワー劣化設定電圧Ｖｄはモニター用平均値Ｖａｖと同期した波形にした。
【００５３】
従って、第２の比較回路３１は、リップル成分による誤差及びモニター用平均値Ｖａｖの遅延による誤差を極力抑えたより精度の高い比較を行うことができる。その結果、バースト型のデータ信号Ｄにおいて要求される応答速度が速く精度の高いレーザーダイオード１２の劣化検出を実現することができる。
【００５４】
（３）本実施形態では、設定電圧生成回路２０は、光パワー劣化設定電圧Ｖｄを生成するためにも利用されている。つまり、減衰器３２を設けるだけでレーザーダイオード１２の劣化検出のためだけの設定電圧生成回路を設ける必要がない。従って、駆動装置としての回路規模をその分小さくすることができる。
【００５５】
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４からなる波形整形回路の前段に設けたパルス変調回路２２及び可変直流電圧源２５にて、第１の比較回路１５に入力する光パワー設定電圧Ｖｒｅｆのレベルを調整した。これを、第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４からなる波形整形回路から出力される波形整形された信号をレベル調整して第１の比較回路１５に光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを出力してもよい。
【００５６】
例えば、図３に示すように、遅延補償回路２１にて遅延されたデータ信号Ｄを、前記第２のローパスフィルタ２３及び第３のローパスフィルタ２４からなる波形整形回路に入力する。そして、波形整形された第２変調後設定電圧Ｖｐｍ２をアッテネータ等よりなるレベル変換回路としてのＤＣコントローラ２６にてレベル調整し、そのレベル調整した信号を光パワー設定電圧Ｖｒｅｆとして第１の比較回路１５に出力する。
【００５７】
また、この光パワー設定電圧Ｖｒｅｆは、前記減衰器３２に出力される。そして、減衰器３２にてレベル変換されて光パワー劣化設定電圧Ｖｄが生成され、第２の比較回路３１に出力されるようにした。
【００５８】
この場合にも、前記実施形態と同様に、高速かつ精度の高いレーザーダイオード１２の発光制御を実現することができるとともに、劣化検出が実現できる。しかも、前記実施形態に比べてＤＣコントローラ２６を設けるだけなので駆動装置としての回路規模をさらに小さくすることができる。
【００５９】
○上記実施形態では、発光素子としてレーザーダイオード１２の駆動装置に具体化したが、発光ダイオード等のその他発光素子の駆動装置に応用してもよい。○上記実施形態では、受光素子としてモニター用フォトダイオード１１に具体化したが、フォトトランジスタ等のその他受光素子に変更して実施してもよい。
【００６０】
○上記実施形態では、光パワー劣化設定電圧Ｖｄは、設定電圧生成回路２０にて生成されるレーザーダイオード１２の発光を制御するための光パワー設定電圧Ｖｒｅｆを利用して生成されるようにした。これを、光パワー劣化設定電圧Ｖｄのためだけの専用の設定信号生成回路を設けて実施してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１〜６に記載の発明によれば、高速かつ精度の高い発光素子の発光制御を実現することができる。
【００６２】
請求項２及び７に記載の発明によれば、高速かつ精度の高い発光素子の劣化検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化したレーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路図である。
【図２】（ａ）はデータ信号の波形図、（ｂ）はデータ信号に対する光出力波形図、（ｃ）は変調後設定電圧の波形図、（ｄ）は光パワー設定電圧とモニター用平均値の両波形図、（ｅ）は比較結果を説明するための検出信号の波形図である。
【図３】本発明の別例を説明するためのレーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路図。
【図４】レーザーダイオードの低温と高温における順電流に対する光出力の関係を説明する特性図。
【図５】従来のレーザーダイオード駆動装置の電気ブロック回路図。
【図６】従来のレーザーダイオード駆動装置における連続データ信号に対するタイミングチャートを示した図。
【図７】従来のレーザーダイオード駆動装置において時定数を大きくしたときのバースト信号に対するタイミングチャートを示した図。
【図８】従来のレーザーダイオード駆動装置において時定数を小さくした場合であって、データ信号の異なる符号が交互に変わる場合のタイミングチャートを示した図。
【図９】従来のレーザーダイオード駆動装置において時定数を小さくした場合であって、データ信号の同じ符号が連続する場合のタイミングチャートを示した図。
【符号の説明】
１１…検出用受光素子としてのモニター用フォトダイオード
１２…発光素子としてのレーザーダイオード
１３…電流電圧変換回路
１４…第１のフィルタとしての第１のローパスフィルタ
１５…第１の比較回路
１６…制御回路としてのレーザーダイオード電流コントロール回路（電流コントロール回路）
２０…設定信号生成回路としての設定電圧生成回路
２１…遅延補償回路
２２…パルス変調回路
２３…波形整形回路としての第２のローパスフィルタ
２４…波形整形回路としての第３のローパスフィルタ
２５…可変直流電圧源
２６…レベル変換回路としてのＤＣコントローラ
３１…第２の比較回路
３２…レベル調整回路としての減衰器
Ｐｆ…光出力
Ｉｍ…モニター電流
Ｒ…シャント抵抗
Ｖｍ…モニター電圧
Ｖａｖ…検出信号としてのモニター用フォトダイオード平均値信号（モニター用平均値）
Ｖｒｅｆ…光パワー設定電圧
Ｉｂ…バイアス電流
Ｉｐ…変調電流
Ｄ…データ信号
Ｖｄ…設定信号としての光パワー劣化設定電圧
Ｖｐｓ…変調前の光パワー設定電圧
Ｖｐｍ１…変調後設定電圧
Ｖｐｍ２…第２変調後設定電圧
Ｐｏｓ…目標の光出力
Claims (7)
- データ信号に基づいて発光素子を予め定めた光出力で発光させる駆動電流を前記発光素子に出力するための駆動電流生成回路と、
前記発光素子からの光を受光し、その光出力に相対した検出信号を出力する検出用受光素子と、
前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号と、予め定めた設定信号とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて前記駆動電流生成回路に前記発光素子が前記予め定めた光出力になるための駆動電流を出力させるための制御信号を生成する制御回路と、
を備えた発光素子駆動装置において、
前記設定信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形するとともに前記平滑化された検出信号と同期して前記比較回路に出力させる設定信号生成回路を設けたことを特徴とする発光素子駆動装置。 - 請求項１に記載の発光素子駆動装置において、
前記設定信号生成回路からの設定信号を入力し、その設定信号を予め定めたレベルに減衰して発光素子劣化設定信号を生成するレベル調整回路と、
前記発光素子劣化設定信号と前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号とを比較して前記発光素子の劣化の有無を判定する第２の比較回路と
を設けたことを特徴とする発光素子駆動装置。 - 請求項１又は２に記載の発光素子駆動装置において、
前記設定信号生成回路は、
前記データ信号を遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路にて遅延されたデータ信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形する波形整形回路と
を備えたことを特徴とする発光素子駆動装置。 - 請求項３に記載の発光素子駆動装置において、
前記遅延回路にて遅延されたデータ信号を、レベル変換するために予め定めた直流電圧を前記データ信号を使ってパルス変調し、そのパルス変調した信号を前記波形整形回路に出力するパルス変調回路を設けたことを特徴とする発光素子駆動装置。 - 請求項３に記載の発光素子駆動装置において、
前記波形整形回路にて波形整形された設定信号を予め定めたレベルに変換して前記比較回路に出力するレベル変換回路を設けたことを特徴とする発光素子駆動装置。 - 請求項３〜５にいずれか１つに記載の発光素子駆動装置において、
前記波形整形回路は、
前記第１のフィルタに入力される前の前記データ信号に対する検出信号の波形と同様に、遅延されたデータ信号の波形をなます第２のフィルタと、
前記第２のフィルタにて波形整形された遅延されたデータ信号を、前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと同様に、平滑化する第３のフィルタと
を備えたことを特徴とする発光素子駆動装置。 - データ信号に基づいて発光素子を予め定めた光出力で発光させる駆動電流を前記発光素子に出力するための駆動電流生成回路と、
前記発光素子からの光を受光し、その光出力に相対した検出信号を出力する検出用受光素子と、
前記検出信号を平滑化する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタからの平滑化された検出信号と、予め定めた設定信号とを比較して前記発光素子の劣化の有無を判定する第２の比較回路と
を備えた発光素子駆動装置において、
前記設定信号を、前記平滑化された検出信号と同じリップル成分となるように波形整形するとともに前記平滑化された検出信号と同期して前記第２の比較回路に出力させる設定信号生成回路を設けたことを特徴とする発光素子駆動装置。
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