JPS6142182A - 半導体レ−ザ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザの光出力を変調する半導体レー
ザ駆動回路、特にディジタル信号での変調時にパワーサ
ーボ制御を行なう半導体レーザ駆動回路に関するもので
ある。

従来例の構成とその問題点 近年、半導体レーザは、光通信や光記録などの分野で広
く利用されるようになってきた。

光記録の分野において、光ディスクは高密度記録が可能
であるため、大容量メモリとして注目されている。以下
、光デイスク装置に使用する半導体レーザ駆動回路につ
いて説明を行なう。

第１図は、光ディスクに記録および再生を行なう時の半
導体レーザの駆動電流による光出力の変化を表わしたも
のである。光ディスクに信号を記録するには、光ディス
クの記録層にレーザ光を照射し、記録層に穴をあけたり
、あるいは記録層の反射率を変化させ、記録ビットを形
成する。この記録ビットの有無により信号を記録する。

以下、記録ビットを形成する時の半導体レーザの光出力
をピークパワーと呼び、第１図のＰｐで表わす。

ディジタル信号を記録する場合、記録ビットを、例えば
、変調信号の“１”に対応させる。”ｏ　”の時は、記
録層に変化がふ・こらない程度のレーザ光を照射する。

このときの光出力をバイアスパワーと呼ひ、第１図のＰ
ｂで表わす。バイアスパワーを加えることにより、記録
層が予熱され記録特性を改善することができる。光ディ
スクから記録した信号を再生するには、弱いレーザ光を
照射し、記録ビットの有無による反射光量の変化を検出
する。このときの半導体レーザの光出力を再生パワーと
呼び、第１図のＰｏて表わす。

また、各パワーの値として、例えば、Ｐｏ−１ｍＷ。

Ｐｂ−２ｍＷ１Ｐｐ−８ｍＷとする。

第２図に半導体レーザの光出力の変化の一例を示す。第
２図では、最初、再生モードで半導体レーザは再生パワ
ーＰ０で発光している。つきに記録モードになり、図の
上部に示す変調信号に従ってピークパワーＰｐあるいは
バイアスパワーＰｂて発光し、記録を行なう。その後再
び、再生モードとなっている。

第３図は、従来の半導体レーザ駆動回路の構成を示すも
のである。第３図において、１は半導体レーザである。

２は光検出器で、半導体レーザ１の後方への光あるいは
、光学系を通るレーザ光の一部を受光することにより、
半導体レーザ１の光出力をモニタする。３は再生パワー
を決める電流源であり、再生電流Ｉ０を流す。４は光検
出器２からの出力に従って再生電流１０の大きさを制御
するパワーサーボ回路である。６は記録時のバイアスパ
ワーを決める電流源であり、バイアス電流１１を流す。

８は記録時のピークパワーを決める電流源であり、ピー
ク電流Ｉ２を流す。５はモード切換回路であり、モード
信号ａにより、記録と再生とのモードを切換える。７は
スイッチング回路であり、変調信号すにより、オン−オ
フする。

まず、再生モードの動作について説明する。

入力端子１ｏからモード信号ａを入力し、モード切換回
路６を開く。このとき半導体レーザ１には再生電流Ｉ０
が流れ、再生パワーＰ０で発光する。

つぎに、記録モードでは、モード信号ａによりモード切
換回路５を閉じる。入力端子９より変調信号すを入力し
、変調信号が”１′”の時、スイッチング回路７を閉じ
、”Ｏ”の時は開く。

変調信号がパ０”の場合、半導体レーザ１には、再生電
流とバイアス電流の和：　Ｉ。−１−７１が流れ、バイ
アスパワーＰｂて発光する。また、変調信号が”１″の
場合、さらにピーク電流Ｉ２が加わり、合計工。＋１１
＋Ｉ２の電流が流れ、半導体レーザ１は、ピークパワー
Ｐｐで発光する。

つきにパワーサーボ回路について説明する。一般に半導
体レーザは、温度変化により光出力が変化する。これを
第４図に示す。温度がｔからｔ′へ上昇した場合、同じ
電流Ｉを流しても光出力は低下する（Ｐ−＋Ｐ’）。光
出力を一定にするため、半導体レーザに流れる電流をＩ
からＩ′へ増加させなければならない。この制御を行な
うのが、パワーサーボ回路である。パワーサーボ回路の
構成を第５図に示す。半導体レーザ１の光出力を光検出
器２で受光し、受光量の変化は、光検出器２を流れるモ
ニタ電流工。の変化で表わすことができる。光検出器と
して、例えば、ＰＩＮホトダイオードなどが使用できる
、オペアンプ１１は、抵抗１２をＲｍとし、基準電圧源
１３をｖＲとすれば、モニタ電流−の変化により、比較
電圧ｖｆｎ＝＝ＶＲ−工ｍＲ１ｎを出力する。切換回路
１４はモード信号ａにより、トランジスタ１６０ベース
の接続を切換える。再生モードの場合、ベースの端子α
をオペアンプ１１からの端子βへ接続する。これにより
、トランジスタ１６のベースに比較電圧Ｖエカ功口わり
、トランジスタ１６に流れるコレクタ電流、即ち、半導
体レーザの駆動電流が制御される。

このサーボ回路で、半導体レーザ１の光出力が低下する
と光検出器２の電流が減少し、比較電圧ｖｍが大きくな
り、トランジスタ１５を流れる駆動電流が増加し、半導
体レーザ１の光出力が増加する。また、半導体レーザ１
の光出力が増加した場合には、前記と逆方向の制御がか
かる。以上のようにパワーサーボ回路は、再生パワーを
常に一定に保つように制御を行なう。

また、サンプルスイッチ１６は、モード信号ａにより制
御され、再生モードで閉じ、記録モードで開く、再生モ
ードでは、オペアンプ１１からの比較電圧ｖ！ｎをホー
ルドコンデンサ１７へ加える。

記録モードでは、サンプルスイッチ１６を［、切換回路
１４は、端子αを端子βへ接続する。ホールドコンデン
サ１７で保持した比較電圧はｖｍはオペアンプ１８．切
換回路１４を通りトランジスタ１５のベースへ加わり、
半導体レーザ１の駆動電流を保持する。なお、オペアン
プ１８はホールドコンデンサ１７で比較電圧ｖｍを保持
するためインピーダンスの変換を行なうものである。

以上のように記録モードでは、再生モードでの駆動電流
（再生電流Ｉ０に対応する）を保持し、これにバイアス
電流１１．ピーク電流Ｉ２を重畳するように構成してい
る。このように記録モードではサーボ制御を行なってい
ないため、記録中に温度変化等により、光出力が変化し
良好な記録ができなくなる。そのため、記録モードでは
、連続記録時間を短かくし、一定の時間毎に再生モード
に切換え、パワー制御を行なう必要がある。

例えば、ディジタル信号を記録する場合に用いる変調信
号は、一般に、低域成分が多いため、ピークパワーとバ
イアスパワーは各々別々に制御する必要がある。

発明の目的 本発明は、上記欠点に鑑みてなされたものであり、記録
時のピークパワーおよびバイアスパワーに対してもパワ
ー制御を行なうことができる半導体し〜ザ駆動回路を提
供するものである。

発明の構成 本発明は、変調信号中のピークパワーとなる符号値で光
検出器の出力をサンプリングするピークサンプルホール
ド回路と、バイアスパワーとなる符号値で光検出器の出
力をサンプリングするバイアスサンプルホールド回路を
備えた半導体レーザ駆動回路であり、ピークサンプルホ
ールド回路のホールド値を°用いてピーク電流を制御し
、バイアスサンプルホールド回路のホールド値を用いて
バイアス電流を制御することにより、記録時に、バイア
スパワーおよびピークパワーを直接制御することのでき
るものである。

実施例の説明 まず、本発明の基本的な構成について、図面を参照しな
がら説明する。第６図は、本発明の第１の実施例におけ
る半導体レーザ駆動回路の基本的な構成を示すものであ
る。第６図において、１は半導体レーザ、２は光検出器
、１１はオペアンプ。

１２は抵抗、１３は再生用基準電圧源、１６はトランジ
スタであり、以上は第５図の構成と同じものである。１
９はモード切換回路で、モード信号ａにより半導体レー
ザ１の接続を切換える。２゜は変調回路で、変調信号す
により半導体レーザ１の接続を切換える。２１はオペア
ンプ、２２は抵抗、２３はバイアス用基準電圧源、２４
はトランジスタで、これらによりバイアス電流の大きさ
を制御する。２６はオペアンプ、２６は抵抗、２７はピ
ーク用基準電圧源、２８はトランジスタで、これらによ
りピーク電流の大きさを制御する。

まず、再生モードの動作について説明する。再生モード
での動作は、第６図のパワーサーボ回路の再生モードの
場合と同様である。再生モードでは、モード信号ａによ
り、モード切換回路１９は半導体レーザ１からの端子α
を端子βに接続する。

再生パワー比較回路Ａでは、オペアンプ１１と抵抗１２
により、光検出器２からのモニタ電流Ｉｒｎの大きさと
、再生用基準電圧源１３の値ｖ０とを比較し比較電圧■
。。を発生する。これをトランジスタ１６のベースへ加
える。トランジスタ１５は再生用電流源であり、半導体
レーザ１の光出力を一定ノ再生パワーに制御する。

つぎに記録モードの動作について説明する。記録モード
では、モード切換回路１９はモード信号ａにより、半導
体レーザ１からの端子αを変調回路２０への端子γに接
続する。変調回路２ｏは変調信号すにより、端子δをバ
イアス電流源のトランジスタ２４のコレクタへの端子η
、あるいは、ピーク電流源のトランジスタ２８のコレク
タへの端子εに接続し、半導体レーザ１の光出力を変調
にピークパワーを対応させる。バイアス用比較回路Ｂで
は、モニタ電流工。とバイアス用基準電圧源２３（ｖｂ
）をオペアンプ２１．抵抗２２で比較し比較電圧ｖｆｎ
ｂ　をトランジスタ２４へ加え、半導体レーザ１の光出
力をバイアスパワーとなるように制御する。また、ピー
ク用比較回路Ｃでも同様に、モニタ電流−とピーク用基
準電圧源２７（ｖｐ）をオペアンプ２６．抵抗２６て比
較し、その比較電圧Ｖ。ｐをトランジスタ２８へ加え、
半導体レーザ１の光出力をピークパワーとなるように制
御する。

以上のように、本実施例では再生パワー２バ〆アスバワ
ー、ピークパワーをそれぞれ個別に光検出器２のモニタ
′亀流で検出し、これをそれぞれの基準電圧源と比較し
、モニタ電流が所定の大きさとなるように制御すること
により、半導体レーザ１の光出力を所定のパワーとなる
ように制御することができる。特に、ピークパワーおよ
びバイアスパワーは、変調信号に従い直接、半導体レー
ザり光出力をモニタするため、長時間の連続記録でのパ
ワーサーボが可能となる。

また、本実施例では、変調信号の各符号”０”あるいは
”１′″の全ての場合についてパワーサーボを行なうた
め細かな制御が可能であるが、その反面、変調信号のデ
ータレートが高くなると、同符号の続く期間が短かい場
合に、パワーサーボ回路の動作が追いつかなくなる。

つぎに、変調信号のデータレートが高い場合でも使用で
きる実施例について説明する。第７図は本発明の第２の
実施例における半導体レーザ駆動回路の構成を示すもの
である。第７図において、１は半導体レーザ、２は光検
出器、１１，２１゜２６はオペアンプ、１２，２２．２
６は抵抗。

１３．２３．２７はそれぞれ再生用、バイアス用。

ピーク用の基準電圧源、１５，２４．２８は、それぞれ
駆動用のトランジスタ、１９はモード切換回路、２ｏは
変調回路であシ、以上は第６図の構成と同じものである
。２９はバイアスサンプルスイッチで、ベイアスサンプ
ル信号Ｃにより比較電ＪＥ　ｖｍ　ｂ　　をサンプリン
グする。３Ｑはバイアスホールドコンデンサ、３５はオ
ペアンプで、サンプリングした比較電圧■ｍｂをホール
ドする。３２はピークサンプルスイッチで、ピークサン
プル信号ｄにより比較″電圧Ｖよ　をサンプリングする
。

３３はピークホールドコンデンサ、３４はオペアンプで
、サンプリングした比較電圧ｖｍ、をホールドする。

再生モードの動作は、第６図に示した第１の実施例と同
様であるため説明を省略し、記録モードの動作について
説明する。記録モードでのモート電圧ｖｍｂ、　ｖｍｐ
を発生する動作も、第１の実施例と同様である。第１の
実施例では、比較電圧を直接電流源のトランジスタ２４
．２８へ加えて駆動したが、第２の実施例では、この比
較電圧をサンプルホールドした値で電流源を駆動するよ
うに構成している。第７図において、ノくイアスサンプ
ルスイッチ２９．バイアスホールドコンデンサー０゜芽
ペアンブ３１は、サンプルホールド回路を構成し、バイ
アスサンプル信号Ｃにより、比較電圧ｖｍｂ　をサンプ
ルホールドする。このホールド電圧をトランジスタ２４
のベースへ加え、半導体レーザ１の光出力がバイアスパ
ワーとなるように制御する。

ピークサンプルスイッチ３２、ピークホールドコンデン
サ３３、オペアンプ３４も、同様にサンプルホールド回
路を構成し、ピークサンプル信号ｄにより、比較電圧ｖ
ｍｐをサンプルホールドする。

このホールド電圧をトランジスタ２８のベースへ加え、
半導体レーザ１の光出力がピークパワーとなるように制
御する。

つぎに、バイアスサンプル信号Ｃおよびピークサンプル
信号ｄについて説明する。これらのサンプル信号は、サ
ンプルホールド回路のホールートコンデンサをチャージ
するために必要な所定の期間以上同じ符号が続く符号パ
ターンを変調信号の中から検出した信号である。第８図
に符号パターン検出回路の構成の一例を示す。第８図に
おいて、３５はシフトレジスタ、３６はアンドゲート、
３７はノアゲートである。第８図では、サンプルホール
ドに必要な期間として、変調信号すの３ビツト分を用い
る場合を示している。変調信号すを、順にシフトレジス
タ３５へ入力する。シフトレジス、り３６は、変調信号
すを１ビツトずつシフトする。

アンドゲート３６は、シフトレジスタの出力が全て１”
のとき１°゛を出力する。つまり、変調信号すが３ビツ
ト以上”１”が連続する場合に、ピークサンプル信号ｄ
が”１”となる。また、ノアゲート３７は、シフトレジ
スタの出力が全て°゛０”のとき°°１”を出力する。

つまり、変調信号すで３ビツト以上”０”が連続する場
合に、バイアスサンプル信号Ｃが”１”となる。

以上のように、本実施例では、変調信号から所定の期間
同じ符号が連続するパターンを検出し、この期間に各パ
ワーの比較回路の比較電圧をサンプリングし、その他の
期間はホールドし、これＫより半導体レーザの駆動電流
を制御する構成とすることにより、変調信号のデータレ
ートが高い場ムでも、安定な制御を行なうことができる
。

なお、２つの実施例では、半導体レーザを再生パワー、
バイアスパワー、ピークパワーで発光させるために、そ
れぞれ単独の電流源を用い、モード信号、変調信号でこ
れらを切換えることにより行なう構成としたが、従来例
に示したように、３つの電流源の電流を加えることによ
り各パワーの光出力を得る構成とすることもできる。

また、変調信号の０″に対してバイアスパワ−Ｐｂを対
応させたが、バイアスパワーによる予熱効果を利用しな
い場合等は、Ｐｂ＝ｏとしても良い。

発明の効果 以上のように本発明は、半導体レーザの光出力を検出す
る光検出器を有し、変調信号中のピークパワーとなる符
号値で光検出器の出力と基準値を比較して所定のピーク
パワーとなるように制御し、変調信号中のバイアスパワ
ーとなる符号値で光検出器の出力を比較して所定のバイ
アスパワーとなるように制御することにより、記録中に
、バイアスパワーおよびピークパワーを直接制御するこ
とができ、そのため長時間の連続記録の場合にもパワー
制御を行なうことができ、その実用的効果は大なるもの
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半導体レーザの光出力を示す特性図、第２図
は記録および再生時の半導体レーザの光出力を示す模式
図、第３図は従来の半導体レーザ駆動回路の構成を示す
ブロック図、第４図は半導体レーザの光出力の温度特性
図、第６図はパワーサーボ回路の構成を示す回路図、第
６図は本発明の第１の実施例における半導体レーザ駆動
回路を示す回路図、第７図は本発明の第２の実施例にお
ける半導体レーザ駆動回路を示す回路図、第８図は本発
明の第２の実施例における符号パターン検出回路を示す
回路図である。 １・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・光検出器
、１６゜２４．２８・・・・・・電流源、Ａ、Ｂ、Ｃ・
・・・・・比較回路、Ｄ、　Ｅ・・・・・・サンプルホ
ールド回路０代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　
ほか１名第１図 光出力 第２図 第５図 第６図 第８図 ？く −４１’

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザを光出力の大きいピークパワーと光
   出力の小さいバイアスパワーの２値で変調信号に従い光
   出力を変調するように構成し、前記半導体レーザの光出
   力を検出する光検出器を有し、変調信号中のピークパワ
   ーとなる符号値の期間で光検出器の出力とピークの基準
   値を比較するピーク比較回路と、この出力により半導体
   レーザの駆動電流を制御するピーク電流源と、変調信号
   中のバイアスパワーとなる符号値の期間で光検出器の出
   力とバイアスの基準値を比較するバイアス比較回路と、
   この出力により半導体レーザの駆動電流を制御するバイ
   アス電流源を具備し、ピークパワーおよびバイアスパワ
   ーを所定の大きさに保つことを特徴とする半導体レーザ
   駆動回路。
2. （２）変調信号中のピークパワーとなる符号値の期間で
   ピーク比較回路の出力をサンプリングするピークサンプ
   ルホールド回路と、この回路のホールド出力により半導
   体レーザの駆動電流を制御するピーク電流源と、変調信
   号中のバイアスパワーとなる符号値の期間でバイアス比
   較回路の出力をサンプリングするバイアスサンプルホー
   ルド回路とこの回路のホールド出力により半導体レーザ
   の駆動電流を制御するバイアス電流源を具備することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ駆
   動回路。
3. （３）変調信号中に、所定期間同じ符号が連続する符号
   パターンを検出する符号パターン検出回路を有し、ピー
   クパワーとなる符号の連続を検出するピークサンプル信
   号によりピークサンプルホールド回路でサンプリングし
   、バイアスパワーとなる符号の連続を検出するバイアス
   サンプル信号によりバイアスサンプルホールド回路でサ
   ンプリングすることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の半導体レーザ駆動回路。