JP4732243B2 - レーザ駆動回路、光ピックアップおよび記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を出射させるレーザ駆動回路に関する。特に、本発明は、ＣＤやＤＶＤやブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋ：ＢＤ）などの光ディスクに対して、映像信号などを記録再生することが可能な記録再生装置に関する。

光ディスクにおいてマークの記録を行う際には、一般に半導体レーザ素子が用いられており、記録マークが涙目状に歪むのを防ぐために、レーザをパルス発光させて熱を制御しながら記録を行っている。近年、記録速度の高速化が進みパルス幅が細くなっており、それに伴い、立上り時間・立下がり時間が早く、より高速でスイッチングを行えるレーザ駆動回路が求められている。また、記録速度の高速化により、レーザ駆動回路における消費電力が大きくなり、それに伴う光ピックアップの発熱が問題となっている。

従来のレーザ駆動回路では、例えば特許文献１に記載されているように、レーザを駆動するカレントミラー回路とレーザとの間にベース接地のカスコード接続回路を設けることが行われている。この構成とすることによって、レーザのインピーダンス変動とミラー効果による帯域変動とを抑制することができ、パルス波形の立上り・立下り時間の高速化が可能となる。
特開２００３−２１８４５６公報

図８に示すように、ベース接地のカスコード接続トランジスタ８０５のベース電圧をある電位８０８に固定する場合、駆動回路８０１がレーザ８０４に供給する最大電流とその時の駆動回路８０１に必要な動作電圧とからベース電圧を決定することになる。記録速度の高速化が進むと、短時間で記録を行うためにレーザ８０４の発光パワーを大きくする必要があり、それに伴ってレーザ８０４を駆動する電流値も大きくする必要がある。このため、駆動回路８０１のインピーダンスの影響が大きくなり、駆動回路８０１に必要な動作電圧が大きくなるため、これに伴ってカスコード接続トランジスタ８０５のベース電圧を高くする必要がある。さらにカスコード接続トランジスタ８０５のベース電圧を高く設定すると、必然的にカスコード接続トランジスタ８０５のコレクタ電圧およびレーザ８０４のアノード電圧も高くする必要があり、結果的に消費電力が大きくなってしまう。

ここで、レーザ駆動電流の最大値はレーザ８０４のばらつきやライフエンドでのパワー低下を考慮して決定されるため、通常使用から大きなマージンを見ており、通常使用時は最大出力電流より小さい電流値で使用している。このため、通常使用時において駆動回路８０１のインピーダンスの影響は電流値が小さい分だけ小さいので駆動回路８０１に必要な動作電圧は小さくなり、カスコードトランジスタ８０５のベース電圧はその分低くすることが可能である。従って、最大電流値からベース電圧を固定することは、通常使用時において無駄な電力を消費することになってしまう。

図９は、電流を吐き出すタイプのレーザ駆動回路においてカスコード接続回路を用いた場合のレーザ駆動回路の一例を示している。この場合、レーザ駆動電流が大きくなると駆動回路９０１の電源電圧を高くするか、レーザ９０４のカソード電圧を低くする必要がある。しかし、この場合も、駆動回路９０１の最大出力電流から駆動回路９０１の電源電圧、カスコード接続トランジスタ９０５のベース電圧およびレーザ９０４のカソード電圧を決定すると、実使用時において無駄な電力を消費することになってしまう。

図１０は、光ピックアップの概要を示している。光ディスクの記録再生を行う際、レーザ駆動回路は、コントローラの制御に従ってレーザに電流を供給し、レーザ光が発射される。この光は、コリメータレンズ、ビームスプリッタおよび対物レンズを通して光ディスクに照射される。レーザ光は、光ディスクで反射した後、ビームスプリッタおよびシリンカドリカルレンズを通してフォトディテクタで光信号が電気信号に変換される。光ディスクの記録再生装置では、この電気信号がＲＦアンプを通してコントローラに入力され、これによって記録再生を行っている。この光ピックアップにおける発熱は、レーザ駆動回路とレーザの消費電力の影響によるものが大きく、レーザとレーザ駆動回路の消費電力を削減することは、光ピックアップの発熱を低減させるために有効である。また、光ピックアップの発熱を低減させることは、記録再生装置の発熱を低減させることにも有効である。

上記事情に鑑み、本発明では、カスコード接続トランジスタのベース電圧、さらにレーザのアノードまたはカソードの電圧、駆動回路の電源電圧をレーザ駆動電流に応じて制御し、レーザ駆動電流が少ない時にレーザ駆動回路とレーザの両端にかかる電圧を小さくすることによって、特に通常使用時における消費電力を削減し、光ディスク記録再生装置における光ピックアップの発熱を低減させることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明のレーザ駆動回路は、レーザを接続する端子と、レーザに電流を供給する駆動回路と、レーザと駆動回路との間のカスコード接続トランジスタとを有し、カスコード接続トランジスタにベース電圧制御回路が接続され、ベース電圧制御回路は、駆動回路の電流値に応じた電流値を電流−電圧変換し、変換された電圧をカスコード接続トランジスタのベースに供給する回路を有することを第１の特徴とする。

本発明の第２の特徴は、第１の特徴のレーザを接続する端子にレーザが接続され、駆動回路の電流値を設定するコントローラが駆動回路とベース電圧制御回路に接続されていることである。

本発明の第３の特徴は、レーザのもう一方の端子に電圧制御回路が接続され、電圧制御回路がコントローラに接続されていることである。

本発明の第４の特徴は、駆動回路に駆動回路電源電圧制御回路が接続され、駆動回路電源電圧制御回路がコントローラに接続されていることである。

本発明の第５の特徴は、ベース電圧設定回路がデジタル−アナログ変換回路を有することである。

本発明によれば、カスコード接続トランジスタのベース電圧、さらにレーザのアノードまたはカソード電圧、駆動回路の電源電圧をレーザ駆動電流に応じて制御し、レーザ駆動電流が少ない時にレーザ駆動回路とレーザの両端にかかる電圧を小さくすることによって、特に通常使用時における消費電力を削減し、光ディスク記録再生装置における光ピックアップの発熱を低減させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るレーザ駆動回路について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ駆動回路の構成を示す回路図である。図１において、駆動回路１０１は、コントローラ１０２において設定された電流をカレントミラー回路でミラーしている。カレントミラー回路を構成しているＮＰＮトランジスタ１０１１のエミッタと接地（アース）との間にはｎｃｈＭＯＳトランジスタ１０１２が接続されており、ｎｃｈＭＯＳトランジスタ１０１２にはパルス信号１０３（パルス信号生成部）が接続されている。このパルス信号１０３によってｎｃｈＭＯＳトランジスタ１０１２がオンオフし、レーザ接続端子にパルス状の電流が流れることになり、レーザ１０４をパルス発光させて光ディスクに記録を行う。

通常、光ディスクの記録などにおいては、複雑なレーザ駆動波形を生成するために複数のパルス信号の組み合わせによってレーザを駆動しているが、図１では簡略化のために、パルス信号１０３を２つだけ記載している。

駆動回路１０１とレーザ１０４との間にはカスコード接続トランジスタ１０５が接続され、パルス信号１０３のオンオフ時のレーザ駆動電流の立上り・立下り時間を早くするようにしている。カスコード接続トランジスタ１０５のベースにはベース電圧制御回路１０６が接続されており、このベース電圧制御回路１０６はコントローラ１０２に接続されている。また、レーザ１０４のアノードにはＬＤアノード電圧制御回路１０７が接続されており、このＬＤアノード電圧制御回路１０７はコントローラ１０２に接続されている。

この構成とすることによって、レーザ駆動電流に応じてカスコード接続トランジスタ１０５のベース電圧、およびレーザ１０４のアノード電圧をそれぞれ個別に可変させることが可能となる。カスコード接続トランジスタ１０５のベース電圧およびレーザ１０４のアノード電圧の最大値は、レーザ駆動電流の最大電流から設定し、レーザ駆動電流が最大電流よりも少ない時には、電流値に応じてカスコード接続トランジスタ１０５のベース電圧およびレーザ１０４のアノード電圧を低くすることが可能となる。

レーザ駆動電流の最大値は、レーザのばらつきやライフエンドでのパワー低下を考慮して決定されるため、通常使用から大きなマージンを確保しており、通常使用時は最大出力電流より少ない電流値で使用している。

このため、第１の実施形態によれば、図２に示すように、通常使用時(ｔｙｐ.)においてカスコード接続トランジスタ１０５のベース電圧およびレーザ１０４のアノード電圧が最大電流時(ｍａｘ.)より低くなり、消費電力を削減することができるので、光ディスク記録再生装置における光ピックアップの発熱を低減することができる。

図３は、ベース電圧制御回路の具体的な実施例の一つであり、このベース電圧制御回路３０６は、Ｄ/Ａ変換回路３０６２とオペアンプ３０６１とで構成されている。この場合、コントローラ３０２で設定されるレーザ駆動電流に応じたデジタル値がベース電圧制御回路３０６に入力される。このデジタル値がベース電圧制御回路３０６のＤ/Ａ変換回路３０６２でアナログ電圧に変換され、オペアンプ３０６１を通してカスコード接続トランジスタ３０５のベースに接続されている。ここで、オペアンプ３０６２はカスコード接続トランジスタ３０５のベースのインピーダンスを低くするために挿入している。なお、カスコード接続トランジスタ３０５は駆動回路３０１に接続されている。

図４は、ベース電圧制御回路のその他の具体的な実施例の一つであり、このベース電圧制御回路４０６は、定電流源４０６２と、抵抗４０６３と、スイッチ４０６４および４０６５と、スイッチ４０６４および４０６５を制御するロジック４０６６と、オペアンプ４０６１とで構成されている。この場合、定電流源４０６２と抵抗４０６３とで決定される電圧が、オペアンプ４０６１を通してカスコード接続トランジスタ４０５のベースに接続されている。スイッチ４０６４および４０６５は、コントローラ４０２で設定されるレーザ駆動電流に応じて制御され、レーザ駆動電流が小さい時はスイッチ４０６４および４０６５をオンすることによって抵抗の両端をショートさせ、ベース電圧を下げることができる。なお、カスコード接続トランジスタ４０５は、駆動回路４０１に接続されている。図４の実施例では、スイッチ４０６４および４０６５によってベース電圧を３段階に切換可能にしているが、必要に応じて分解能を変えてもよい。

図５は、ベース電圧制御回路のその他の具体的実施例の一つであり、このベース電圧制御回路５０６は、コントローラ５０２で設定された電流値に応じて電流値が可変するカレントミラー回路５０６２と、抵抗５０６３と、オペアンプ５０６１とで構成されている。この場合、コントローラ５０２で設定されるレーザ駆動電流に応じた電流値がカレントミラー回路５０６２によってＰＮＰトランジスタ５０６４および５０６５に流れ、この電流値と抵抗５０６３とで決定された電圧が、オペアンプ５０６１を通してカスコード接続トランジスタ５０５のベースに接続されている。なお、カスコード接続トランジスタ５０５は駆動回路５０１に接続されている。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ駆動回路の構成を示す回路図である。第１の実施形態の駆動回路が電流を吸い込むのに対して、第２の実施形態に係る駆動回路は、電流を吐き出すことによってレーザ６０４を駆動している。

図６において、駆動回路６０１は、コントローラ６０２において設定された電流をカレントミラー回路でミラーしている。カレントミラー回路を構成しているＰＮＰトランジスタ６０１１のエミッタと電源との間には、ｐｃｈＭＯＳトランジスタ６０１２が接続されており、ｐｃｈＭＯＳトランジスタ６０１２にはパルス信号６０３（パルス信号生成部）が接続されている。このパルス信号６０３によってｐｃｈＭＯＳトランジスタ６０１２がオンオフし、レーザ６０４をパルス発光させて光ディスクに記録を行う。

駆動回路６０１とレーザ６０４との間には、カスコード接続トランジスタ６０５が接続され、パルス信号のオンオフ時のレーザ駆動電流の立上り・立下り時間を早くするようにしている。カスコード接続トランジスタ６０５のベースにはベース電圧制御回路６０６が接続されており、このベース電圧制御回路６０６はコントローラ６０２に接続されている。また、レーザ６０４のカソードにはＬＤカソード電圧制御回路６０７が接続されており、このＬＤカソード電圧制御回路６０７はコントローラ６０２に接続されている。

この構成とすることによって、レーザ駆動電流に応じてカスコード接続トランジスタ６０５のベース電圧、およびレーザ６０４のカソード電圧をそれぞれ個別に可変させることが可能となる。カスコード接続トランジスタ６０５のベース電圧およびレーザ６０４のアノード電圧の最大値はレーザ駆動電流の最大電流から設定し、レーザ駆動電流が最大電流よりも低い時には電流値に応じてカスコード接続トランジスタ６０５のベース電圧およびレーザ６０４のカソード電圧を高くすることが可能となる。

したがって、この場合も、通常使用時においてカスコード接続トランジスタ６０５のベース電圧およびレーザ６０４のカソード電圧が最大電流時より高くなり、レーザ６０４のアノードから駆動回路６０１の電源までの電圧が小さくなるので、消費電力を削減することができ、光ディスク記録再生装置における光ピックアップの発熱を低減することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係るレーザ駆動回路の構成を示す回路図である。第３の実施形態では、第２の実施形態と同様、駆動回路が電流を吐き出してレーザを駆動する構成になっているが、レーザのカソードが接地され、駆動回路の電源に駆動回路電源電圧制御回路が接続されている点が異なっている。図７に示すように、駆動回路７０１は、コントローラ７０２において設定された電流をカレントミラー回路でミラーしている。カレントミラー回路を構成しているＰＮＰトランジスタ７０１１のエミッタと電源との間にはｐｃｈＭＯＳトランジスタ７０１２が接続されており、ｐｃｈＭＯＳトランジスタ７０１２にはパルス信号７０３が接続されている。このパルス信号７０３によってｐｃｈＭＯＳトランジスタ７０１２がオンオフし、レーザ７０４をパルス発光させて光ディスクに記録を行う。

駆動回路７０１とレーザ７０４との間にはカスコード接続トランジスタ７０５が接続され、パルス信号のオンオフ時のレーザ駆動電流の立上り・立下り時間を早くするようにしている。カスコード接続トランジスタ７０５のベースにはベース電圧制御回路７０６が接続されており、このベース電圧制御回路７０６はコントローラ７０２に接続されている。また、駆動回路７０１の電源には駆動回路電源電圧制御回路７０７が接続されており、この駆動回路電源電圧制御回路７０７はコントローラ７０２に接続されている。

この構成とすることによって、レーザ駆動電流に応じてカスコード接続トランジスタ７０５のベース電圧、および駆動回路７０１の電源電圧をそれぞれ個別に可変させることが可能となる。カスコード接続トランジスタ７０５のベース電圧および駆動回路７０１の電源電圧の最大値はレーザ駆動電流の最大電流から設定し、レーザ駆動電流が最大電流よりも少ない時には電流値に応じてカスコード接続トランジスタ７０５のベース電圧および駆動回路７０１の電源電圧を低くすることが可能となる。

したがって、この場合も、通常使用時においてカスコード接続トランジスタ７０５のベース電圧および駆動回路７０１の電源電圧が最大電流時より低くなり、消費電力を削減することができるので、光ディスク記録再生装置における光ピックアップの発熱を低減することができる。

以上説明したように、本発明はカスコード接続トランジスタのベース電圧、さらにレーザのアノードまたはカソード電圧、駆動回路の電源電圧をレーザ駆動電流に応じて制御し、レーザ駆動電流が少ない時にレーザ駆動回路とレーザの両端にかかる電圧を小さくすることによって、特に通常使用時における消費電力を削減し、光ディスクの記録再生装置における光ピックアップの発熱を低減させるレーザ駆動技術において有用である。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ駆動回路の構成を示す回路図。 本発明の第１の実施形態に係るレーザ駆動回路におけるレーザ駆動電流と、ＬＤアノード電圧およびベース電圧波形との関係を示す図。 本発明の実施形態に係るベース電圧制御回路の一構成例を示す回路図。 本発明の実施形態に係るベース電圧制御回路の一構成例を示す回路図。 本発明の実施形態に係るベース電圧制御回路の一構成例を示す回路図。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ駆動回路の構成を示す回路図。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ駆動回路の構成を示す回路図。 従来のレーザ駆動回路の一構成例を示す回路図。 従来のレーザ駆動回路の一構成例を示す回路図。 光ピックアップの構成を示す概略図。

符号の説明

１０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１ 駆動回路
１０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２ コントローラ
１０３，６０３，７０３ パルス制御信号
１０４，６０４，７０４，８０４，９０４ レーザ
１０５，３０５，４０５，４０６，５０５，６０５，７０５，８０５ カスコード接続トランジスタ
１０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６ ベース電圧制御回路
１０７ ＬＤアノード電圧制御回路
６０７ ＬＤカソード電圧制御回路
７０７ 駆動回路電源電圧制御回路
８０８ ベース接地電圧源
１０１１ ＮＰＮトランジスタ
１０１２ ｎｃｈＭＯＳトランジスタ
６０１１，７０１１ ＰＮＰトランジスタ
６０１２，７０１２ ｐｃｈＭＯＳトランジスタ
１１１８，１１１９ バイアス電圧源
３０６１，４０６１，５０６１ オペアンプ
３０６２ Ｄ/Ａコンバータ
４０６２ 定電流源
４０６３，５０６３ 抵抗
４０６４，４０６５ スイッチ
４０６６ 制御ロジック
５０６２ カレントミラー回路

Claims (7)

1. レーザを接続する端子と、レーザに電流を供給する駆動回路と、前記レーザと前記駆動回路との間のカスコード接続トランジスタとを有し、前記カスコード接続トランジスタにベース電圧制御回路が接続され、
   前記ベース電圧制御回路は、前記駆動回路の電流値に応じた電流値を電流−電圧変換し、前記変換された電圧を前記カスコード接続トランジスタのベースに供給する回路を有することを特徴とするレーザ駆動回路。
2. 前記レーザを接続する端子にレーザが接続され、前記駆動回路の電流値を設定するコントローラが前記駆動回路と前記ベース電圧制御回路とに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動回路。
3. 前記レーザのもう一方の端子に電圧制御回路が接続され、前記電圧制御回路が前記コントローラに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ駆動回路。
4. 前記駆動回路に駆動回路電源電圧制御回路が接続され、前記駆動回路電源電圧制御回路が前記コントローラに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ駆動回路。
5. 前記ベース電圧設定回路はデジタル−アナログ変換回路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ駆動回路。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のレーザ駆動回路を備えていることを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項１から５のいずれかに記載のレーザ駆動回路または請求項６に記載の光ピックアップを有することを特徴とする記録再生装置。

Images