JP4479128B2 - 半導体レーザー駆動回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクにおける情報記録再生のために光ディスクにレーザー光を照射する半導体レーザーを駆動する回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザーはきわめて小型で、かつ応答速度が速いため、光ディスク装置、光通信装置、レーザープリンタなどの光源として広く使用されている。
光ディスク装置では半導体レーザーは光ディスクからの情報再生に用いられ、さらに相変化型光ディスクや光磁気ディスクなどの書き換え可能な光ディスクの場合には光ディスクに対する情報の記録にも用いられる。レーザー光の出力レベルは、情報を記録するか、あるいは再生するか、さらには消去するかによって切り換えられ、たとえば再生時には記録時より弱いレーザー光を光ディスクに照射することで、記録ピットを破壊することなく情報の読み出しが行われる。
【0003】
ところで、光ディスクから情報を再生すべく光ディスクに照射したレーザー光は、光ディスクから反射して光電変換素子に導かれるが、反射光は同時に光源である半導体レーザー側にも一部が入射する。その結果、この戻り光と照射光とが干渉してスクープノイズ、モードホッピングノイズが発生し、再生信号のC/N劣化の原因となっている。そこで従来より、半導体レーザーの駆動電流に200MHz〜600MHzの高周波電流を重畳させる高周波重畳法が用いられ、上記ノイズの低減が図られている。
【0004】
一方、光ディスクに情報を記録する際には、情報の記録密度を高め、かつ情報の転送速度を高めるため、半導体レーザーの出力に対してパルス幅変調を行い、さらに強度変調を行う方式が採られるようになっている。この方式では、レーザー光の強度は複数のレベルに切り換える必要があり、また最短パルス幅も数ns程度にまで短くなってきている。
このような情報の記録密度および転送速度の向上を図った光ディスク装置では、記録再生時のエラーレートを充分に低い水準に抑えるために、半導体レーザー駆動回路の高速化と低ノイズ化がきわめて重要である。
【0005】
一般に半導体レーザーとして用いられているレーザーダイオードの寿命は、レーザーダイオード動作時の温度が高くなるほど短くなる。したがって、レーザーダイオードのカソードをレーザーダイオードのパッケージに接続し、パッケージを回路基板などのグランドに接続して放熱効果を高め、動作時の温度を抑えることが長寿命化に有利となる。
そして、高記録密度化を図る場合、高出力のレーザーダイオードを用いる必要があり、したがって、レーザーダイオードの発熱量も必然的に大きくなるので、レーザーダイオードとしては上述のようなカソード側を接地するカソードコモン型のレーザーダイオードを採用することになる。
【0006】
しかし、このカソードコモン型のレーザーダイオードを駆動する場合、従来の駆動回路では低ノイズ化と高速化とを両立させることが困難であった。以下、この点について詳しく説明する。
図3は従来の半導体レーザー駆動回路の一例を示す回路図、図4は図3の半導体レーザー駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。なお、図4において(E)は記録動作により光ディスク上に形成される記録マークを模式的に示している。
【0007】
図3に示した半導体レーザー駆動回路102は、トランジスターP1、P2によるカレントミラー回路104によりレーザーダイオード106に駆動電流を供給する構成となっており、そして再生制御回路108および記録制御回路110により再生および記録のための駆動電流が切り替えてレーザーダイオード106に供給される。再生制御回路108および記録制御回路110にはモード選択信号112が入力されており、図4に示したように、モード選択信号112がハイレベルのときは再生制御回路108が動作し、一方、モード選択信号112がローレベルのときは記録制御回路110が動作する。
【0008】
詳しく説明すると、図4に示したように、モード選択信号112(図4の(A))がハイレベルの期間では、再生制御回路108は、一定レベルのバイアス電流に高周波電流を重畳させた電流Ir(図4の(B))を、カレントミラー回路104の入力端子114を通じて流す。これにより、カレントミラー回路104は電流Irに対応する電流ILD1(図4の(D))を出力端子116を通じてレーザーダイオード106に供給し、その結果、レーザーダイオード106から、電流ILD1に対応する強度のレーザー光が不図示の光ディスクに照射される。この間、記録制御回路110は動作を停止しており、記録制御回路110に入力端子114から流入する電流Iwはゼロである。
【0009】
一方、モード選択信号112がローレベルの期間では、記録制御回路110は、一定レベルのバイアス電流を交流電流で変調した電流Iw(図4の(C))を、カレントミラー回路104の入力端子114を通じて流す。これにより、カレントミラー回路104は電流Iwに対応する電流ILD1を出力端子116を通じてレーザーダイオード106に供給し、その結果、レーザーダイオード106から、電流ILD1に対応する強度のレーザー光が光ディスクに照射され、光ディスクに記録マーク(図4の(E))が形成される。この間、再生制御回路108は動作を停止しており、再生制御回路108に入力端子114から流入する電流Irはゼロである。
なお、電流IDL1の最小値118は、再生時および記録時とも、レーザーダイオード106の駆動に必要な最低電流(しきい値電流)以上の値となっている。
【0010】
ところで、レーザーダイオード106は図5の回路図に示したように、抵抗RとコンデンサーCとの並列回路にコイルLを直列に接続した回路により等価的に表すことができる。ここで、コイルLはレーザーダイオード106のパッケージのリードや半導体チップとリードを接続する金ワイヤーのインダクタンスであり、コンデンサーCはサブマウントやリード引き出し絶縁部の寄生容量、抵抗Rはレーザーダイオード106のしきい値電流以上の領域におけるレーザーダイオード106の電流−電圧特性曲線の傾斜により決まる微分抵抗である。
【0011】
上記カレントミラー回路104を構成するトランジスターP2は、記録時にはピークで200mA程度の大きな電流を流す必要があるため、トランジスターのサイズが大きく、その結果、コレクターに係わる寄生容量Cjs1も数pFの大きさになる。よって、レーザーダイオード106の抵抗R、トランジスターP2の寄生容量Cjs1、ならびにレーザーダイオード106のコンデンサーCにより、半導体レーザー駆動回路102の周波数特性が制限されてしまい、この点で従来の半導体レーザー駆動回路102は高速化に不利であった。
【0012】
図6は従来の半導体レーザー駆動回路の他の例を示す回路図、図7は図6の半導体レーザー駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。なお、図7において(E)は記録動作により光ディスク上に形成される記録マークを模式的に示している。
【0013】
図6に示した半導体レーザー駆動回路120は、トランジスターQ1によるエミッターフォロワー回路122によりレーザーダイオード106に駆動電流を供給する構成となっており、そして再生記録制御回路124により再生および記録のための駆動電圧が切り替えてレーザーダイオード106に供給される。再生記録制御回路124にはモード選択信号112が入力されており、図7に示したように、モード選択信号112がハイレベルのときは再生動作、モード選択信号112がローレベルのときは記録動作が行われる。
【0014】
なお、再生記録制御回路124とエミッターフォロワー回路122との間には、トランジスターQ3による反転増幅回路126と、トランジスターQ2によるエミッターフォロワー回路128とが介在し、再生記録制御回路124の出力電圧は、これらの回路を通じてエミッターフォロワー回路122に供給される。
【0015】
このような構成において、図7に示したように、モード選択信号112(図7の(A))がハイレベルの期間では、再生記録制御回路124は、一定レベルのバイアス電圧に高周波電圧を重畳させた電圧Vrw1(図7の(B))を、トランジスターQ3のベースに供給する。これにより、Q3による反転増幅回路126は電圧Vrw1を増幅し、また極性を反転させ、出力電圧Vrw2(図7の(C))としてトランジスターQ2のベースに出力する。その結果、電圧Vrw2はトランジスターQ2によるエミッターフォロワー回路128およびエミッターフォロワー回路122を通じて低出力インピーダンスでレーザーダイオード106のアノードに印加される。
これによりレーザーダイオード106には電圧Vrw2に対応した大きさの電流ILD2(図7の(D))が流れ、レーザーダイオード106は同電流ILD1に応じた強度のレーザー光を不図示の光ディスクに照射する。
【0016】
一方、モード選択信号112がローレベルの期間では、再生記録制御回路124は、一定レベルのバイアス電圧を交流電圧で変調した電圧Vrw1を出力し、この電圧は再生の場合と同様に反転増幅されて電圧Vrw2となり、トランジスターQ2によるエミッターフォロワー回路122およびエミッターフォロワー回路122を通じて低出力インピーダンスでレーザーダイオード106のアノードに印加される。
これによりレーザーダイオード106には電圧Vrw2に対応した大きさの電流ILD2が流れ、レーザーダイオード106は同電流ILD2に応じた強度のレーザー光を光ディスクに照射する結果、光ディスクに記録マーク(図7の(E))が形成される。
なお、この場合にも、電流IDL2の最小値130は、再生時および記録時とも、レーザーダイオード106の駆動に必要な最低電流(しきい値電流)以上の値となっている。
【0017】
この半導体レーザー駆動回路120は、エミッターフォロワー回路122によりレーザーダイオード106を低出力インピーダンスで駆動できるため、寄生容量などによる周波数特性の劣化がなく、レーザーダイオード106の高速駆動に適している。しかし、半導体レーザー駆動回路120では、反転回路が必要であり、抵抗R1、R2を用いることから、それらの熱雑音の影響によりノイズが増大し再生時には問題となる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、光ディスク装置における情報記録時の高速化と情報再生時の低ノイズ化を同時に実現した半導体レーザー駆動回路を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、光ディスクにレーザー光を照射して前記光ディスクに対する情報の記録、および前記光ディスクからの情報の再生を行う光ディスク装置に組み込まれて、前記レーザー光を発生する半導体レーザーを駆動する回路であって、ベースがコレクターに接続され、エミッターが第1の基準電位に接続され、前記ベースに第1の入力信号が入力される第1のトランジスターと、エミッターが前記第1の基準電位に接続され、ベースが前記第1のトランジスターのベースとコレクターに接続され、コレクターが前記半導体レーザーの入力端子に接続される第2のトランジスターとを有するカレントミラー回路を有し、前記第2のトランジスターのコレクターから信号電流を供給して前記半導体レーザーを発光させる電流駆動回路と、第2の入力信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力端子がベースに接続され、コレクターが前記第1の基準電位に接続され、エミッターが前記半導体レーザーの入力端子と前記第2のトランジスターのコレクターに接続されるエミッターフォロア回路を有し、前記第2の入力信号を前記増幅回路で増幅し、該増幅した信号を前記エミッターフォロア回路を介して前記半導体レーザーを電圧駆動して発光させる電圧駆動回路と、情報の再生時には前記電流駆動回路に前記半導体レーザーを駆動させ、情報の記録時には前記電圧駆動回路に前記半導体レーザーを駆動させる制御回路とを備えたことを特徴とする。
【0020】
本発明の半導体レーザー駆動回路では、制御回路による制御のもとで、情報再生時には電流駆動回路により半導体レーザーが電流駆動され、一方、情報記録時は電圧駆動回路により半導体レーザーが電圧駆動される。したがって、電流駆動回路をたとえばカレントミラー回路により構成すれば、抵抗は不要であるから熱雑音の問題がなく、低ノイズで情報再生を行うことができる。そして、情報記録時には、電圧駆動回路により低出力インピーダンスで半導体レーザーを駆動するので充分な電流を供給することができ、寄生容量の影響を受け難い。しかも、情報再生時には半導体レーザーに流すべき電流は小さくてよいため、カレントミラー回路を構成するトランジスターとして小型のものを使用でき、同トランジスターに係わる寄生容量が小さくなる。したがって、半導体レーザーを高速駆動することが可能となる。よって、本発明の半導体レーザー駆動回路では、光ディスク装置における情報記録時の高速化と再生時の低ノイズ化の両方を実現することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図1は本発明による半導体レーザー駆動回路の一例を示す回路図、図2は図1の半導体レーザー駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。なお、図2において(F)は記録動作により光ディスク上に形成される記録マークを模式的に示している。
【0022】
本実施の形態例の半導体レーザー駆動回路2は、光ディスク装置に組み込まれ、レーザーダイオードを駆動して光ディスクにレーザー光を照射し、光ディスクに対する情報の記録、および光ディスクからの情報の再生を行うためのものである。そして、図1に示したように、電流駆動回路4、電圧駆動回路6、ならびに制御回路8を含み、電流駆動回路4は、レーザーダイオード10を発光させるべくレーザーダイオード10を電流駆動し、電圧駆動回路6は、レーザーダイオード10を発光させるべくレーザーダイオード10を電圧駆動する。制御回路8は、情報の再生時には電流駆動回路4にレーザーダイオード10を駆動させ、情報の記録時には電圧駆動回路6にレーザーダイオード10を駆動させる。
【0023】
レーザーダイオード10は、本実施の形態例では、コモンカソード型のレーザーダイオードであり、そのカソードはグランドに接続されている。
電流駆動回路4は、具体的にはカレントミラー回路12により構成され、カレントミラー回路12はPNP型のトランジスターP3、P4から成り、その出力端子14、すなわちトランジスターP4のコレクターはレーザーダイオード10のアノードに接続されている。トランジスターP3、P4のベースは共通に接続されるとともにトランジスターP3のコレクターに接続され、トランジスターP3、P4のエミッターは正の電源に接続されている。
【0024】
電圧駆動回路6は、NPN型のトランジスターQ4によるエミッターフォロワー回路16を含み、その出力端子であるトランジスターQ4のエミッターはレーザーダイオード10のアノードに接続され、トランジスターQ4のコレクターは正の電源に接続されている。
電圧駆動回路6はさらに、エミッターフォロワー回路18および反転増幅回路20を含んでいる。エミッターフォロワー回路18はNPN型のトランジスターQ5と抵抗R6とから成り、トランジスターQ5のコレクターは正の電源に、エミッターはトランジスターQ4のベースに接続され、また抵抗R6を通じてグランドに接続されている。
【0025】
反転増幅回路20はNPN型のトランジスターQ6と抵抗R4、R5とから成り、トランジスターQ6のコレクターはトランジスターQ5のベースに接続され、また抵抗R5を通じて正の電源に接続されている。一方、トランジスターQ6のエミッターは抵抗R4を通じてグランドに接続されている。
【0026】
制御回路8は、モード選択信号22にもとづいて動作する再生制御回路24と記録制御回路26により構成されている。
再生制御回路24は、カレントミラー回路12の入力端子28、すなわちトランジスターP3のコレクターを通じ電流を流してカレントミラー回路12にレーザーダイオード10を駆動させる。その際、再生制御回路24は、入力端子28を通じて流す電流Ir2に200MHz〜600MHzの高周波電流を重畳させる。
【0027】
一方、記録制御回路26は、エミッターフォロワー回路16に供給する電圧Vw1を出力してエミッターフォロワー回路16にレーザーダイオード10を駆動させる。その際、記録制御回路26は電圧Vw1に交流電圧を重畳させる。
【0028】
次に、このように構成された半導体レーザー駆動回路2の動作について図2をも参照しつつ説明する。
図2に示したように、モード選択信号22(図2の(A))がハイレベルの期間では、再生制御回路24が動作して、一定レベルのバイアス電流に高周波電流を重畳させた電流Ir2(図2の(B))を、カレントミラー回路12の入力端子28を通じて流す。これにより、カレントミラー回路12は電流Ir2に対応する電流ILD3(図2の(E))を出力端子14を通じてレーザーダイオード10に供給する。その結果、レーザーダイオード10は電流駆動されレーザーダイオード10から電流ILD3に対応する強度のレーザー光が不図示の光ディスクに照射され、その反射光により情報が再生される。
【0029】
この間、記録制御回路26は、モード選択信号22がハイレベルであることから、動作を停止しており、充分に高レベルの一定の電圧を出力している。したがって、トランジスターQ4はオフ状態となり、レーザーダイオード10はカレントミラー回路12からの電流のみにより駆動される。
【0030】
一方、モード選択信号22がローレベルの期間では、記録制御回路26は、一定レベルのバイアス電圧に交流電圧を重畳した電圧、より具体的にはパルス変調を行った電圧Vw1(図2の(C))を出力し、この電圧は反転増幅回路20により反転増幅されて電圧Vw2(図2の(D))となり、エミッターフォロワー回路18およびエミッターフォロワー回路16を通じて低出力インピーダンスでレーザーダイオード10のアノードに印加される。
【0031】
これによりレーザーダイオード10は電圧駆動され、レーザーダイオード10には電圧Vw2に対応した大きさの電流ILD3が流れ、レーザーダイオード10は同電流ILD3に応じた強度のレーザー光を光ディスクに照射し、光ディスクに記録マーク(図2の(F))が形成される。
【0032】
この間、再生制御回路24は、モード選択信号22がローレベルであることから、動作を停止しており、カレントミラー回路12の入力端子28から再生制御回路24には電流は流入しない。したがって、カレントミラー回路12からはレーザーダイオード10に電流は供給されず、レーザーダイオード10はエミッターフォロワー回路16からの電圧のみにより駆動される。
なお、電流IDL3の最小値30は、再生時および記録時とも、レーザーダイオード10の駆動に必要な最低電流(しきい値電流)以上の値となっている。
【0033】
このように、本実施の形態例の半導体レーザー駆動回路2では、情報再生時には、レーザーダイオード10はカレントミラー回路12によって電流駆動され、カレントミラー回路12には抵抗が含まれていないので熱雑音の問題がなく、したがって、低ノイズで情報再生を行うことができる。
【0034】
一方、情報記録時には、エミッターフォロワー回路16により低出力インピーダンスでレーザーダイオード10を駆動するので、トランジスターP4のコレクターおよびレーザーダイオード10の寄生容量を急速に充電して電圧を素早く立ち上げるだけの電流を供給でき、したがって、レーザーダイオード10の駆動電流パルスは立ち上がり時に速やかに上昇する。
【0035】
また、パルスの立ち下りの速度は、レーザーダイオード10の微分抵抗R(図5参照)とトランジスターQ2のコレクターの寄生容量Cjs2およびレーザーダイオード10の寄生容量Cとによる時定数τ=R(Cjs2+C)により決まる。ここで、情報再生時にはレーザーダイオード10に流すべき電流は小さくてよく、カレントミラー回路12を構成するトランジスターP4としては小型のものを使用できる。よって、寄生容量Cjs2は小さく、時定数τが小さくなるので、パルスの立ち下り速度も従来より向上する。
したがって、情報記録時の駆動電流パルスは、立ち上がり、立ち下りがともに急峻であり、したがってレーザーダイオード10の高速駆動が可能である。
【0036】
よって、本実施の形態例の半導体レーザー駆動回路2では、光ディスク装置における情報記録時の高速化と情報再生時の低ノイズ化とを同時に実現することができる。
これにより、記録再生時のエラーレートを充分に低い水準に抑えることが可能となり、情報記録密度および転送速度のさらなる向上を実現できる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体レーザー駆動回路では、制御回路による制御のもとで、情報再生時には電流駆動回路により半導体レーザーが電流駆動され、一方、情報記録時は電圧駆動回路により半導体レーザーが電圧駆動される。したがって、電流駆動回路をたとえばカレントミラー回路により構成すれば、抵抗は不要であるから熱雑音の問題がなく、低ノイズで情報再生を行うことができる。そして、情報記録時には、電圧駆動回路により低出力インピーダンスで半導体レーザーを駆動するので充分な電流を供給することができ、寄生容量の影響を受け難い。しかも、情報再生時には半導体レーザーに流すべき電流は小さくてよいため、カレントミラー回路を構成するトランジスターとして小型のものを使用でき、同トランジスターに係わる寄生容量が小さくなる。したがって、半導体レーザーを高速駆動することが可能となる。よって、本発明の半導体レーザー駆動回路では、光ディスク装置における情報記録時の高速化と再生時の低ノイズ化の両方を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体レーザー駆動回路の一例を示す回路図である。
【図2】図1の半導体レーザー駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図3】従来の半導体レーザー駆動回路の一例を示す回路図である。
【図4】図3の半導体レーザー駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】レーザーダイオードの等価回路を示す回路図である。
【図6】従来の半導体レーザー駆動回路の他の例を示す回路図である。
【図7】図6の半導体レーザー駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
2……半導体レーザー駆動回路、4……電流駆動回路、6……電圧駆動回路、8……制御回路、10……レーザーダイオード、12……カレントミラー回路、14……出力端子、16……エミッターフォロワー回路、18……エミッターフォロワー回路、20……反転増幅回路、22……モード選択信号、24……再生制御回路、26……記録制御回路、28……入力端子。
Claims (10)
- 光ディスクにレーザー光を照射して前記光ディスクに対する情報の記録、および前記光ディスクからの情報の再生を行う光ディスク装置に組み込まれて、前記レーザー光を発生する半導体レーザーを駆動する回路であって、
ベースがコレクターに接続され、エミッターが第1の基準電位に接続され、前記ベースに第1の入力信号が入力される第1のトランジスターと、エミッターが前記第1の基準電位に接続され、ベースが前記第1のトランジスターのベースとコレクターに接続され、コレクターが前記半導体レーザーの入力端子に接続される第2のトランジスターとを有するカレントミラー回路を有し、前記第2のトランジスターのコレクターから信号電流を供給して前記半導体レーザーを発光させる電流駆動回路と、
第2の入力信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力端子がベースに接続され、コレクターが前記第1の基準電位に接続され、エミッターが前記半導体レーザーの入力端子と前記第2のトランジスターのコレクターに接続される第3のトランジスターを有するエミッターフォロア回路を有し、前記第2の入力信号を前記増幅回路で増幅し、該増幅した信号を前記エミッターフォロア回路を介して前記半導体レーザーを電圧駆動して発光させる電圧駆動回路と、
情報の再生時には前記電流駆動回路に前記半導体レーザーを駆動させ、情報の記録時には前記電圧駆動回路に前記半導体レーザーを駆動させる制御回路とを備えたことを特徴とする半導体レーザー駆動回路。 - 前記半導体レーザーはレーザーダイオードであり、前記レーザーダイオードのカソードは第2の基準電位に接続され、前記カレントミラー回路の前記第2のトランジスターのコレクターからの出力電流は前記レーザーダイオードの前記入力端子であるアノードへ供給されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記制御回路は、前記カレントミラー回路の前記第1のトランジスターのコレクターの入力端子を通じ電流を流して前記カレントミラー回路に前記半導体レーザーを駆動させる再生制御回路を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記再生制御回路は、前記カレントミラー回路の入力端子を通じて流す前記電流に高周波電流を重畳させることを特徴とする請求項3記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記半導体レーザーはレーザーダイオードであり、前記レーザーダイオードのカソードはグランドに接続され、前記エミッターフォロワー回路の前記第3のトランジスタのエミッターからの出力電圧は前記レーザーダイオードの前記入力端子であるアノードに印加されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記制御回路は、前記エミッターフォロワー回路に供給する電圧を出力して前記エミッターフォロワー回路に前記半導体レーザーを駆動させる記録制御回路を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記記録制御回路は、前記エミッターフォロワー回路に供給する前記電圧に交流電圧を重畳させることを特徴とする請求項6記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記再生制御回路は、モード選択信号の信号レベルにもとづき、情報再生時にのみ動作することを特徴とする請求項4記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記記録制御回路は、モード選択信号の信号レベルにもとづき、情報記録時にのみ動作することを特徴とする請求項7記載の半導体レーザー駆動回路。
- 前記レーザーダイオードはコモンカソード型であることを特徴とする請求項5に記載の半導体レーザー駆動回路。
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