JPH05145166A - 半導体レーザの発光パワー検出回路および検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光量が比較的小さい再生パワー時でも、オ
ペアンプのドリフトの影響を受け難いようにして、正確
な発光パワー検出信号が得られるようにする。 【構成】 比較的低パワーの制御時には、スイッチ素子
をオンにして第１と第２の受光素子からの両方の光電流
の和を電圧に変換し、比較的高パワーの制御時には、ス
イッチ素子をオフにして第１の受光素子のみの光電流を
電圧に変換する。 【効果】 発光パワー検出回路の出力は、常に回路のダ
イナミックレンジを有効に利用することが可能となるの
で、回路系のオフセットドリフト等に対して影響の受け
難い発光パワー検出信号が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ディスク装置やレ
ーザプリンタ、光カードドライブ装置等の半導体レーザ
を備えた電子装置における光源の制御回路の改良に係
り、特に、再生パワー時のように半導体レーザの発光量
が比較的小さいときでも、オペアンプのドリフトの影響
を受け難いようにして、正確な発光パワー検出信号が得
られるようにした半導体レーザの発光パワー検出回路お
よび検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを備えた電子装置において
は、半導体レーザの発光パワーを正確に制御することが
要求される。例えば光ディスク装置においては、記録／
再生／消去の各動作が可能であり、各動作に際しては、
光源である半導体レーザの発光パワーを、予め設定され
た記録、再生、あるいは消去のそれぞれのパワーで正確
に制御する必要がある。説明の順序として、最初に、光
ディスク装置で使用されるピックアップ装置について述
べる。

【０００３】図３は、従来の光ピックアップ装置につい
て、要部構成の一例を示す機能ブロック図である。図に
おいて、１は半導体レーザ、２はカップリングレンズ、
３はビームスプリッタ、４は対物レンズ、５は光ディス
ク、６は受光素子を示し、また、Ｌはレーザ光を示す。

【０００４】半導体レーザ１から出射されたレーザ光Ｌ
は、カップリングレンズ２を通過して平行光となり、ビ
ームスプリッタ３へ入射される。入射されたレーザ光Ｌ
の一部は、対物レンズ４を介して、光ディスク５上に集
光される。

【０００５】集光されたレーザ光Ｌは、光ディスク５で
反射され、再び、対物レンズ４、ビームスプリッタ３を
介して、信号検出光学系へ与えられる。この際、半導体
レーザ１から出射されたレーザ光Ｌの一部は、ビームス
プリッタ３を通って受光素子６へ入射され、この受光素
子６の検出信号によって、半導体レーザ１の発光量が制
御される。

【０００６】すでに述べたように、光ディスク装置にお
いては、記録時や再生時、あるいは消去時に、光源であ
る半導体レーザの発光パワーを所定値に制御する必要が
あるので、従来から、種々の発光パワーの制御方式が提
案されている。なお、半導体レーザを使用する電子機器
では、光ディスク装置に限らず、レーザプリンタや光カ
ード装置においても、同様に、半導体レーザの発光パワ
ーの制御が不可欠である。

【０００７】そして、特に、光ディスク装置において
は、記録、再生、あるいは消去パワーを、それぞれ異な
ったレベルで制御しなければならない。そのために、従
来の光ディスク装置では、一般に、半導体レーザから出
射された光の一部を１個の受光素子（フォトダイオー
ド）へ入射し、光出力モニタ信号を生成して、発光パワ
ーを制御している（特開平２−１８９７３４号公報）。

【０００８】図４は、従来の光ディスク装置における信
号検出光学系について、その要部構成の一例を示す機能
ブロック図である。図において、７は受光素子、８はＩ
−Ｖ（電流−電圧）変換器、９は差動増幅器を示し、ま
た、ＯＰ１とＯＰ２はオペアンプ、Ｒ₁ 〜Ｒ₃ は抵抗
器、ＶccとＶeeは定電圧源、Ｏ８はコンパレータへ出力
されるＩ−Ｖ変換器８の出力、Ｏ９はサンプル・ホール
ド回路へ出力される差動増幅器９の出力を示す。

【０００９】この図４に示すように、光源からのレーザ
光Ｌの一部が、受光素子７へ入射される。そのため、受
光素子７には、入射光量に応じた光電流が生じる。ここ
で、再生パワー時に生じる光電流をＩｒ、記録パワー時
に生じる光電流をＩｗとする。

【００１０】この光電流は、次段のＩ−Ｖ（電流−電
圧）変換器８によって、電流−電圧変換される。なお、
図４では、要部を明確にするために、出力側の回路を省
略しているが、Ｉ−Ｖ変換器８の出力Ｏ８はコンパレー
タへ、また、差動増幅器９の出力Ｏ９はサンプル・ホー
ルド回路へ、それぞれ出力されて、発光パワーの制御が
行われる。ところで、Ｉ−Ｖ変換器８によって電流−電
圧変換された結果、すなわち、変換出力は、常に、受光
素子７へ入射した光量に比例している必要がある。

【００１１】そして、記録時においては、光電流Ｉｗが
流れたときのＩ−Ｖ変換器８の出力（−Ｉｗ×Ｒ₁ ）
は、オペアンプＯＰ１の電源電圧と、オペアンプＯＰ１
の特性から定まる所定電圧範囲内の値に保つ必要がある
ので、抵抗器Ｒ₁ の抵抗値は、その最大値が制限され
る。

【００１２】他方、再生時においては、光電流はＩｒで
あり、この電流Ｉｒの値は、先の記録時の光電流Ｉｗの
値の１／１０程度である。ここで、再生，消去，記録時
における半導体レーザ（レーザダイオード）の発光パワ
ーの一例について説明する。

【００１３】図５は、ＣＣＳ方式の光ディスク装置につ
いて、再生，消去，記録時における半導体レーザの発光
パワーの一例を示す図である。図の横軸は時間、縦軸の
ＰはＬＤパワーで、Ｐｒは再生パワー、Ｐｅは消去パワ
ー、Ｐｗは記録パワー、Ｐａは記録パワーＰｗの平均Ｌ
Ｄパワー、Ｐｂはボトムパワーを示す。

【００１４】この図５に示すように、ＣＣＳ方式の光デ
ィスク装置においては、光源であるＬＤ（半導体レー
ザ）は、再生時には一定の再生パワー（Ｐｒ）で、ま
た、消去時には、再生パワー（Ｐｒ）とレベルが異なる
一定の消去パワー（Ｐｅ）で発光されている。そして、
記録時には、デューティ５０％の記録パワー（Ｐｗ）と
ボトムパワー（Ｐｂ）の繰り返えしで発光され、一点鎖
線で示すように、平均ＬＤパワーＰａによって発光され
るので、検出される光量の和信号も、この平均ＬＤパワ
ーＰａに相当するレベルの値が得られる。

【００１５】光ディスク装置における再生，消去，記録
時の発光パワーは、以上のような関係があり、先の図４
に戻ると、再生パワー時におけるＩ−Ｖ変換器８の出力
（−Ｉｒ×Ｒ₁ ）は、記録パワー時の１／１０程度であ
る。ところが、上述した理由により、Ｉ−Ｖ変換器８を
構成する抵抗器Ｒ₁ の抵抗値を大きく設定することはで
きない。

【００１６】以上を要約すれば、光ディスク装置におい
ては、その再生パワーと記録パワーの比率は、一般に、
５〜１０倍以上あり、再生パワー制御時においては、充
分な信号振幅が得られないので、初段のＩ−Ｖ変換器８
だけでなく、後段の差動増幅器９も、低ドリフト、低ノ
イズのものを使用しなければ、正確なパワー制御を行う
ことができない、という問題がある。

【００１７】このような問題を解決する一つの方法とし
て、Ｉ−Ｖ変換器８を構成する抵抗器Ｒ₁ の抵抗値を、
再生時と記録時とで変化させる制御回路を構成すること
も可能である。図６は、従来の光ディスク装置における
発光パワー検出回路について、その要部構成の他の一例
を示す機能ブロック図である。図における符号は図４と
同様であり、また、ＡＳＷはアナログスイッチ、Ｒ₄ と
Ｒ₅ は抵抗器を示す。

【００１８】この図６に示すように、Ｉ−Ｖ変換器８を
構成するオペアンプＯＰ１に、抵抗器Ｒ₄ と並列に、直
列接続された別の抵抗器Ｒ₅ とアナログスイッチＡＳＷ
とを接続し、再生パワー制御時には、アナログスイッチ
ＡＳＷをオフ状態にして、一方の抵抗器Ｒ₄ により電流
−電圧変換を行う。そして、記録パワー制御時には、ア
ナログスイッチＡＳＷをオン状態にすることにより、合
成抵抗値（Ｒ₄ ×Ｒ₅ ）／（Ｒ₄ ＋Ｒ₅ ）で、電流−電
圧変換を行う。

【００１９】なお、この図６では、要部構成が明確であ
るように、先の図４のＩ−Ｖ変換器８の周辺回路のみを
図示しており、入力側は受光素子７、出力側は差動増幅
器９である。しかしながら、アナログスイッチＡＳＷが
オン時の抵抗値は、正確な０Ωではなく、また、温度変
化も激しいので、図６のような構成を制御回路のパワー
検出部に使用するのは好ましくない、という不都合があ
る。

【００２０】また、従来の他の方法として、抵抗器によ
って電流−電圧変換してから、オペアンプでバッファす
る構成も考えられる。図７は、従来の光ディスク装置に
おける発光パワー検出回路について、その要部構成のさ
らに別の一例を示す機能ブロック図である。図における
符号は図４と同様であり、また、ＯＰ３はオペアンプ、
Ｒ₆ は抵抗器、Ｖref は参照電圧源を示す。

【００２１】この図７でも、受光素子７には、入射光量
に応じた光電流が生じる。この光電流を、抵抗器Ｒ₆ に
よって電流−電圧変換し、後段のオペアンプＯＰ３でバ
ッファする構成である。しかし、この図７の構成でも、
先の図６の場合と同様の不都合がある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】この発明では、従来の
半導体レーザの発光パワー検出回路におけるこれらの不
都合を解決し、再生パワー時でも、オペアンプのドリフ
トの影響を受け難くすることにより、正確な発光パワー
検出信号が得られるようにした半導体レーザの発光パワ
ー検出回路および発光パワー検出方法を提供することを
目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明では、第１に、
半導体レーザの発光パワー制御回路の発光パワー検出回
路において、光源の半導体レーザから出射された光の一
部を受光する第１および第２の受光素子と、該第１およ
び第２の受光素子からの光電流を電圧に変換する抵抗器
と、前記第２の受光素子と抵抗器との間に設けられたス
イッチ素子、とを備え、比較的低パワーの制御時には、
前記スイッチ素子をオンにして前記第１および第２の受
光素子からの両方の光電流の和を電圧に変換し、比較的
高パワーの制御時には、前記スイッチ素子をオフにして
前記第１の受光素子のみの光電流を電圧に変換するよう
に構成している。

【００２４】第２に、上記第１の半導体レーザの発光パ
ワー検出回路において、光源の半導体レーザから出射さ
れた光の一部を受光する第１および第２の受光素子の入
射光量をそれぞれＰ１，Ｐ２とし、比較的低パワー時の
パワーをＰｒ、比較的高パワー時のパワーをＰｅとする
とき、前記第１および第２の受光素子の入射光量の比
を、 Ｐ１：Ｐ２＝１：（Ｐｅ／Ｐｒ）−１ とするように構成している。

【００２５】第３に、半導体レーザの発光パワー制御回
路の発光パワー検出回路において、光源の半導体レーザ
から出射された光の一部を受光する第１および第２の受
光素子と、該第１および第２の受光素子からの光電流を
電圧に変換する抵抗器、とを備え、比較的低パワーの制
御時には、前記第１および第２の受光素子からの両方の
光電流の和を電圧に変換し、比較的高パワーの制御時に
は、前記第１の受光素子のみの光電流を電圧に変換する
半導体レーザの発光パワー検出方法である。

【００２６】

【作用】この発明では、第１と第２の２個の受光素子を
使用し、発光パワーが小さい再生パワー検出時には、両
方の受光素子で受光した光電流を利用することによって
光電流を増加させ、発光パワーが大きい記録あるいは消
去パワー検出時には、一方の受光素子で受光した光電流
のみを利用することにより、従来のような各パワー時の
光電流の変化を減少させて回路系のオフセットドリフト
等に対して影響を受け難くし、正確な発光パワー検出信
号が得られるように構成している（請求項１と請求項３
の発明）。

【００２７】さらに、第１と第２の受光素子の入射光量
比を発光パワーに大応じて変えることによって、より回
路系のオフセットドリフト等に対して影響を受け難く
し、正確な発光パワー検出信号が得られるように構成し
ている（請求項２の発明）。

【００２８】

【実施例１】この発明の半導体レーザの発光パワー検出
回路および検出方法について、図面を参照しながら、そ
の実施例を詳細に説明する。この実施例は、請求項１と
請求項３の発明に対応している。

【００２９】図１は、この発明の半導体レーザの発光パ
ワー検出回路について、その要部構成の一実施例を示す
図で、(1) は受光素子を入射光側から見た図、(2) は受
光素子の出力を電流−電圧変換して発光パワーを検出す
る回路の機能ブロック図である。図において、１１ａと
１１ｂはそれぞれ受光素子、１２はトランジスタ、１３
は抵抗器、１４はオペアンプを示し、また、Ｖref は参
照電圧、ＣＳはコントロール信号、Ｓｐは入射光位置を
示す。

【００３０】この発明の発光パワー検出回路では、図１
(1) に入射光側から見た状態を示すように、２個の受光
素子１１ａ，１１ｂを使用している。すなわち、受光素
子１１ａ，１１ｂに２分割されており、図３に示した半
導体レーザから出射された光の一部が、破線で示す入射
光位置Ｓｐへ照射されて、それぞれの受光素子１１ａ，
１１ｂで受光される。

【００３１】発光パワーを検出する回路は、図１(2) に
示すとおりである。まず、再生パワー制御時には、コン
トロール信号ＣＳをオンにして、トランジスタ１２を導
通状態にする。ここで、トランジスタ１２を導通状態に
するコントロール信号ＣＳ(on)は、２つの受光素子１１
ａ，１１ｂに必要な逆バイアス電圧Ｖｒと、トランジス
タ１２のベース・エミッタ間電圧Ｖbeとの和より大き
く、参照電圧Ｖref より小さい値の電圧である。

【００３２】したがって、 Ｖref ＞ ＣＳ(on) ＞ Ｖｒ＋Ｖbe が成立する。また、一方の受光素子１１ａに流れる光電
流をＩａ、他方の受光素子１１ｂに流れる光電流をＩｂ
とすれば、トランジスタ１２の導通状態では、抵抗器１
３には、両方の光電流の和（Ｉａ＋Ｉｂ）の電流が流れ
ることになる。

【００３３】そのため、抵抗器１３においては、抵抗器
１３を流れる電流Ｉabと、その抵抗値Ｒとの積、すなわ
ち、Ｒ×Ｉabの電圧降下が生じ、トランジスタ１２のエ
ミッタ電圧は、Ｖref −（Ｒ×Ｉab）となる。この抵抗
器１３による電圧降下は、オペアンプ１４によるバッフ
ァを介して、図示されないパワー制御回路へ出力され
る。

【００３４】具体的にいえば、先の図３に示したビーム
スプリッタ３の透過光の全てが、光電変換されることに
なる。以上のように、再生パワー制御時には、図３のビ
ームスプリッタ３の透過光の全てが、光電変換される。

【００３５】次に、記録あるいは消去パワーの制御時に
は、先のコントロール信号ＣＳをオフにして、トランジ
スタ１２を非導通状態にする。このトランジスタ１２を
非導通状態にするコントロール信号ＣＳ(off）は、ＣＳ
＝０（ボルト）である。

【００３６】トランジスタ１２が非導通状態になると、
受光素子１１ｂ側に入射した光による光電流は、抵抗器
１３を流れず、片方の受光素子１１ａに入射した光によ
る光電流Ｉａだけが、抵抗器１３に流れることになる。
そのため、この記録あるいは消去パワーの制御時には、
トランジスタ１２のエミッタ電圧は、Ｖref −（Ｒ×Ｉ
ａ）となる。

【００３７】以上のように、再生パワーの制御を行うと
きは、両方の受光素子１１ａ，１１ｂに入射した光を光
電変換して次段の制御回路へ出力し、記録あるいは消去
パワーの制御を行うときは、片方の受光素子１１ａに入
射した光のみを光電変換して次段の制御回路へ出力す
る。

【００３８】このように構成することによって、再生パ
ワー制御時で、半導体レーザの発光量が比較的小さくて
も、パワー制御回路へ出力する発光パワー検出信号を大
きくすることが可能になるので、制御回路等に用いるオ
ペアンプのドリフトの影響を受け難くすることができ
る。この場合には、記録あるいは消去パワー時には、半
導体レーザの発光量が大きいので、一方の受光素子１１
ａに入射した光のみの出力でも、十分に大きな信号レベ
ルとなり、回路系のドリフトの影響は受け難くなってい
る。

【００３９】

【実施例２】この発明の半導体レーザの発光パワー検出
回路について、他の実施例を説明する。この実施例は、
主として請求項２の発明に対応している。この実施例で
は、制御すべき再生パワーと消去パワー（ただし、制御
すべき最大パワー）の比に応じて、２つの受光素子１１
ａ，１１ｂに入射させる光量を変えておくことによっ
て、より高精度の発光パワーが検出できるようにしてい
る。

【００４０】図２は、この発明の半導体レーザの発光パ
ワー検出回路について、その要部構成の一実施例を示す
図で、受光素子を入射光側から見た状態を示す図であ
る。図における符号は、図１と同様である。

【００４１】ここでは、比較的低パワー時、例えば再生
パワーをＰｒとし、比較的高パワー時、例えば消去パワ
ーをＰｅとする。このＰｒとＰｅは、先の図３のビーム
スプリッタ３の透過光のパワーに相当する。そして、一
方の受光素子（例えば１１ｂ）に入射する光量を、他方
の受光素子（例えば１１ａ）に入射する光量に比べて、
その〔（Ｐｅ／Ｐｒ）−１〕倍とする。

【００４２】したがって、再生時においては、図１に示
した両方の受光素子１１ａ，１１ｂに入射した光の合計
（Ｐｒ）によって生じた光電流（Ｉａ＋Ｉｂ＝Ｉｒ）
が、抵抗器１３に流れる。このときの受光素子（１１
ａ，１１ｂ）の放射感度をαとすれば、 Ｉｒ＝α×Ｐｒ となる。

【００４３】また、消去パワー制御時においては、図３
のビームスプリッタ３の透過光のうち、一方の受光素子
１１ａに入射した光のみによって生じた光電流（Ｉｅ）
が、図１の抵抗器１３に流れる。このときの光電流Ｉｅ
は、 Ｉｅ＝Ｐｅ×｛１／〔（Ｐｅ／Ｐｒ）−１＋１〕｝×α ＝α×Ｐｒ となる。

【００４４】すなわち、受光素子１１ｂに入射する光量
を、他の受光素子１１ａに入射する光量の〔（Ｐｅ／Ｐ
ｒ）−１〕倍とすることによって、再生パワー制御時も
消去パワー制御時も、ほぼ同一な光電流が図１の抵抗器
１３に流れるため、その抵抗値Ｒを適切な値に設定する
ことにより、回路のダイナミックレンジの近傍（ぎりぎ
りの範囲）まで使用することが可能になる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の半導体レーザの発光パワー検
出回路と、請求項３の検出方法の発明においては、再生
パワー検出時には、受光素子を２つにする（結果的に受
光面積を増す）ことによって光電流を増加させ、記録ま
たは消去パワー検出時には、受光素子を１つにして相対
的に光電流を減少させているので、各パワーにおける電
流−電圧変換用の抵抗器に流れる光電流の大きさは、常
に１つの受光素子で受光する場合に比較して、その変化
量が減少する。

【００４６】したがって、発光パワー検出回路の出力
は、常に回路のダイナミックレンジを有効に利用するこ
とが可能となり、回路系のオフセットドリフト等に対し
て影響を受け難い発光パワー検出信号が得られる。

【００４７】請求項２の発光パワー検出回路の発明にお
いては、第１および第２の受光素子の入射光量比を発光
パワーに応じて変えているので、より回路系のオフセッ
トドリフト等に対して影響を受け難い発光パワー検出信
号が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体レーザの発光パワー検出回路
について、その要部構成の一実施例を示す図である。

【図２】この発明の半導体レーザの発光パワー検出回路
について、その要部構成の一実施例を示す図である。

【図３】従来の光ピックアップ装置について、要部構成
の一例を示す機能ブロック図である。

【図４】従来の光ディスク装置における信号検出光学系
について、その要部構成の一例を示す機能ブロック図で
ある。

【図５】ＣＣＳ方式の光ディスク装置について、再生，
消去，記録時における半導体レーザの発光パワーの一例
を示す図である。

【図６】従来の光ディスク装置における発光パワー検出
回路について、その要部構成の他の一例を示す機能ブロ
ック図である。

【図７】従来の光ディスク装置における発光パワー検出
回路について、その要部構成のさらに別の一例を示す機
能ブロック図である。

【符号の説明】 １１ａと１１ｂ 受光素子 １２ トランジスタ １３ 抵抗器 １４ オペアンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザの発光パワー制御回路の発
   光パワー検出回路において、 光源の半導体レーザから出射された光の一部を受光する
   第１および第２の受光素子と、 該第１および第２の受光素子からの光電流を電圧に変換
   する抵抗器と、 前記第２の受光素子と抵抗器との間に設けられたスイッ
   チ素子、 とを備え、 比較的低パワーの制御時には、前記スイッチ素子をオン
   にして前記第１および第２の受光素子からの両方の光電
   流の和を電圧に変換し、比較的高パワーの制御時には、
   前記スイッチ素子をオフにして前記第１の受光素子のみ
   の光電流を電圧に変換することを特徴とする半導体レー
   ザの発光パワー検出回路。
2. 【請求項２】 請求項１の半導体レーザの発光パワー検
   出回路において、 光源の半導体レーザから出射された光の一部を受光する
   第１および第２の受光素子の入射光量をそれぞれＰ１，
   Ｐ２とし、比較的低パワー時のパワーをＰｒ、比較的高
   パワー時のパワーをＰｅとし、前記第１および第２の受
   光素子の入射光量の比を、Ｐ１：Ｐ２とするとき、 Ｐ１：Ｐ２＝１：（Ｐｅ／Ｐｒ）−１ とすることを特徴とする半導体レーザの発光パワー検出
   回路。
3. 【請求項３】 半導体レーザの発光パワー制御回路の発
   光パワー検出回路において、 光源の半導体レーザから出射された光の一部を受光する
   第１および第２の受光素子と、 該第１および第２の受光素子からの光電流を電圧に変換
   する抵抗器、とを備え、 比較的低パワーの制御時には、前記第１および第２の受
   光素子からの両方の光電流の和を電圧に変換し、比較的
   高パワーの制御時には、前記第１の受光素子のみの光電
   流を電圧に変換することを特徴とする半導体レーザの発
   光パワー検出方法。