JP3905734B2 - 発光素子駆動回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップは、ＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体にレーザダイオードからレーザ光を照射し、その反射光をモニタすることによって、記憶媒体に記憶された情報を読み出すことが可能な装置である。また、レーザダイオードは記憶媒体への情報の書き込みに用いられる場合もある。従来、かかるレーザダイオードの駆動回路が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光ピックアップにおいては、装置内で反射した不要な光や背景光が光検出器に入射し、必要な情報に含まれるノイズとなる。また、記憶媒体で反射した光が発光素子に戻って入射すると、発光素子の発光が不安定となり、ノイズの原因となる。
【０００４】
したがって、ノイズ耐性を向上させるため、発光素子を高周波駆動する手法が考えられる。高周波電流は直流電流成分に重畳され、駆動電流として発光素子に供給される。現在のＣＤプレーヤーに適用できる高周波の好適な周波数は３００乃至５００ＭＨｚである。
【０００５】
消費電力を抑制するため、かかる高周波電流を発光素子に供給しない場合も考えられる。また、高周波電流自体の平均値も温度や経年劣化によって変化する。このように高周波電流の平均値が変わると、駆動電流のレベルが変動する。高速の読み出しを行うと、単位時間当たりの受光量が低下するので、小さなレベル変動によって誤検出の発生確率が増加する。したがって、レベル変動は小さい方が好ましい。
【０００６】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、直流電流成分に高周波電流成分を重畳して駆動電流とし、これを発光素子に供給する発光素子駆動回路において、当該駆動電流のレベル変動を抑制可能な発光素子駆動回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の発光素子駆動回路は、それぞれが並列ラインを有する第１及び第２カレントミラー回路における前記ラインの一方を共に発光素子に接続し、第１及び第２カレントミラー回路における前記ラインの他方にそれぞれ直流電流及び高周波電流を流し、直流電流に高周波電流が重畳してなる駆動電流を前記接続の節点を介し発光素子に供給する発光素子駆動回路において、第２カレントミラー回路の他方のラインを流れる高周波電流の振幅を基準直流信号の入力によって制御する振幅設定用トランジスタを備え、基準直流信号の振幅設定用トランジスタへの入力によって、第２カレントミラー回路の他方のラインを流れる高周波電流の直流成分が増加する場合には、前記駆動電流のレベル変動を抑制するよう、この基準直流信号に基づいて発生したある直流電流成分が、第１カレントミラー回路の前記ラインの他方を流れる直流電流から減じられるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、第２カレントミラー回路における高周波電流の振幅が増加すると、その直流成分が増加し、したがって、第１及び第２カレントミラー回路の一方のラインの双方を流れる電流の和として与えられる駆動電流の平均値が増加する。
【０００９】
振幅設定用トランジスタに入力される基準直流信号が増加した場合には、第２カレントミラー回路を流れる高周波電流の振幅が増加し、駆動電流の平均値が増加するが、その一方で、基準直流信号から発生した直流電流成分が、第１カレントミラー回路の他方のラインを流れる直流電流から減じられるので、駆動電流の平均値の変動は抑制されることとなる。すなわち、駆動電流は、第１カレントミラー回路の他方を流れる直流電流に一致又は比例した直流電流が、高周波電流に重畳されたものなので、駆動電流から上記直流電流成分が減じられることにより、駆動電流の平均値の変動を抑制することができる。
【００１０】
また、前記高周波電流の直流成分の増加分が、前記第１カレントミラー回路の前記ラインの前記他方を流れる直流電流から減じられる直流電流成分に比例するように設定された場合には、駆動電流のレベル変動を著しく抑制することができる。また、本発明では、前記直流電流成分は、基準直流信号を直流電流設定用トランジスタの制御入力端子に入力することによって発生することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る発光素子駆動回路について説明する。同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は発光素子駆動回路の回路図である。カレントミラー回路は、２つのトランジスタの制御入力端子を接続したものであり、各トランジスタを流れる電流が流れる２つの並列ラインを有するものである。
【００１３】
以下の説明においては、複数のカレントミラー回路１，２，４が説明されるが、それぞれのカレントミラー回路１，２，４は、ＦＥＴの場合は、図示の如く、そのゲートが制御入力端子として接続されたトランジスタ１ＱＡ，１ＱＢ；２ＱＡ，２ＱＢ；４ＱＡ，４ＱＢをそれぞれ有する。なお、バイポーラトランジスタの場合は、制御入力端子はベースとなる。
【００１４】
本駆動回路は、それぞれが並列ラインを有する第１カレントミラー回路（直流供給用回路）１と、第２カレントミラー回路（高周波供給用回路）２とを備えている。これらのカレントミラー回路１，２におけるラインの一方は、共に発光素子（負荷）Ｚに接続されている。
【００１５】
本駆動回路は、第１及び第２カレントミラー回路１，２における前記ラインの他方にそれぞれ直流電流及び高周波電流を流すことで、直流電流に高周波電流を重畳してなる駆動電流ＩＺを接続の節点Ｙを介して発光素子Ｚに供給する。
【００１６】
まず、直流側の構成から説明する。直流を供給する第１カレントミラー回路１の他方のラインの下流側には、直流電流源Ｉ１（電流Ｉ１が流れるとする）が接続されており、このラインと電流源Ｉ１との間には節点Ｘを介して直流電流成分Ｉ４ＱＢが流れ込む。したがって、節点Ｘよりも上流のラインには、直流電流Ｉ１から直流電流成分Ｉ４ＱＢが減じられた電流Ｉ１ＱＡが流れ、これと対となる一方のラインには、電流Ｉ１ＱＡに一致又は比例した電流Ｉ１ＱＢが流れる。
【００１７】
要するに、発光素子Ｚに供給される直流電流Ｉ１ＱＢは、直流電流Ｉ１から所定の直流成分Ｉ４ＱＢを減じたものである。この所定の直流電流成分Ｉ４ＱＢは、直流電流成分生成用のカレントミラー回路４において発生する。すなわち、直流電流成分Ｉ４ＱＢが流れるトランジスタ４ＱＢと対を成すトランジスタ４ＱＡには、この直流電流成分Ｉ４ＱＢに一致又は比例した直流電流成分Ｉ４ＱＡが流れる。直流電流成分Ｉ４ＱＡは、トランジスタ４ＱＡの下流側に設けられた直流電流設定用トランジスタ６Ｑの制御入力端子（ゲート）に入力される基準直流信号（制御電圧）Ｂｉａｓに比例する。
【００１８】
したがって、基準直流信号Ｂｉａｓに基づいて発生した直流電流成分Ｉ４ＱＡ（∝Ｉ４ＱＢ）が、第１カレントミラー回路１の前記ラインの他方を流れる直流電流Ｉ１から減じられる。
【００１９】
次に、高周波側の構成について説明する。基準直流信号Ｂｉａｓは、振幅設定用トランジスタ５Ｑの制御入力端子（ゲート）にも入力され、これによって振幅設定用トランジスタ５Ｑを直流電流Ｉ５Ｑが流れる。振幅設定用トランジスタ５Ｑを流れる直流電流Ｉ５Ｑは、高周波発生回路（差動カレントスイッチ）３において発生する高周波電流の振幅に比例する。
【００２０】
すなわち、高周波発生回路３は、一対のトランジスタ３ＱＡ，３ＱＢの制御入力端子（ゲート）間に、発振回路ＯＳＣを介在させたものであり、これらのトランジスタ３ＱＡ，３ＱＢの下流側に振幅設定用トランジスタ５Ｑが接続され、トランジスタ３ＱＡ，３ＱＢを流れる電流Ｉ３ＱＡ，Ｉ２ＱＡの総和（振幅、直流成分）を決定している。
【００２１】
図２は高周波発生回路３の一方のラインを流れる電流Ｉ２ＱＡのグラフである。高周波発生回路３は、電流Ｉ５Ｑを発振回路ＯＳＣの位相により、Ｉ３ＱＡとＩ２ＱＡとに完全に振り分けている。したがって、Ｉ２ＱＡはＩ５Ｑに相当するピーク値を有するパルス電流となり、Ｉ５Ｑ／２の直流電流成分を有することとなる。
【００２２】
高周波発生回路３における一方のトランジスタ３ＱＢを流れる電流Ｉ２ＱＡは、高周波用の第２カレントミラー回路２の上記他方のラインを流れる電流に等しい。したがって、この電流Ｉ２ＱＡが流れるトランジスタ２ＱＡと対を成すトランジスタ２ＱＢには、電流Ｉ２ＱＡに一致又は比例した電流Ｉ２ＱＢが流れ、節点Ｙを介して発光素子Ｚに供給される。
【００２３】
要するに、振幅設定用トランジスタ５Ｑは、第２カレントミラー回路２を流れる高周波電流Ｉ２ＱＡ（Ｉ２ＱＢ）の振幅を基準直流信号Ｂｉａｓの入力によって制御している。
【００２４】
第２カレントミラー回路２における高周波電流Ｉ２ＱＡ（Ｉ２ＱＢ）の振幅が増加すると、その直流成分が増加し、したがって、第１及び第２カレントミラー回路１，２の一方のラインの双方を流れる電流の和として与えられる駆動電流ＩＺの平均値が増加する。
【００２５】
振幅設定用トランジスタ５Ｑに入力される基準直流信号Ｂｉａｓが増加した場合には、第２カレントミラー回路２を流れる高周波電流Ｉ２ＱＡ（Ｉ２ＱＢ）の振幅が増加し、駆動電流ＩＺの平均値が増加するが、その一方で、基準直流信号Ｂｉａｓから発生した直流電流成分Ｉ４ＱＡ（Ｉ４ＱＢ）が、第１カレントミラー回路１の他方のラインを流れる直流電流Ｉ１から減じられるので、駆動電流ＩＺの平均値の変動は抑制されることとなる。
【００２６】
すなわち、駆動電流ＩＺは、第１カレントミラー回路１の他方を流れる直流電流Ｉ１ＱＡに一致又は比例した直流電流Ｉ１ＱＢが、高周波電流Ｉ２ＱＢに重畳されたものなので、駆動電流ＩＺから直流電流成分Ｉ４ＱＡ（Ｉ４ＱＢ）が減じられることにより、駆動電流の平均値の変動を抑制することができる。
【００２７】
なお、各トランジスタに流れる電流について説明しておく。Ｉ１ＱＢ＝Ｇ１・Ｉ１ＱＡ、Ｉ２ＱＢ＝Ｇ２・Ｉ２ＱＡ、Ｉ４ＱＢ＝Ｇ４・Ｉ４ＱＡであるとする（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ４はトランジスタの増幅率比であり例えば１である）。Ｉ１ＱＢとＩ４ＱＢとは、節点Ｘ において加算されＩ１となるので、Ｉ１ＱＢ＝Ｉ１−Ｉ４ＱＢである。なお、駆動電流ＩＺはＩ１ＱＢとＩ２ＱＢの加算電流であり、各電流は節点Ｙにて加算されている。
【００２８】
トランジスタ５Ｑ、６Ｑはそれぞれのゲートが共通となっており、基準直流信号Ｂｉａｓに接続されている。各電流は基準直流信号Ｂｉａｓで制御される。係数Ｇ５６をトランジスタ５Ｑ，６Ｑ間の増幅率比とすると、電流比がＩ６Ｑ＝Ｇ５６・Ｉ５Ｑ となるように、各トランジスタのサイズが決められている。基準直流信号Ｂｉａｓにより、高周波電流の振幅が制御される。
【００２９】
すなわち、ＩＺ＝Ｉ１ＱＢ ＋ Ｉ２ＱＢ＝Ｇ１・Ｉ１ＱＡ ＋ Ｉ２ＱＢ＝Ｇ１・（Ｉ１−Ｉ４ＱＢ）＋ Ｉ２ＱＢ＝Ｇ１・（Ｉ１−Ｇ４・Ｉ４ＱＡ）＋ Ｇ２・Ｉ２ＱＡ＝Ｇ１・（Ｉ１−Ｇ４・Ｇ５６・Ｉ５Ｑ）＋Ｇ２・Ｉ２ＱＡ＝Ｇ１・Ｉ１−Ｇ１・Ｇ４・Ｇ５６・Ｉ５Ｑ ＋ Ｇ２・Ｉ２ＱＡである。
【００３０】
駆動電流ＩＺの時間平均値を＜ＩＺ＞とすると、＜ＩＺ＞＝Ｇ１・Ｉ１−Ｇ１・Ｇ４・Ｇ５６・Ｉ５Ｑ ＋ Ｇ２・（Ｉ５Ｑ／２）である（式Ａ）。ここで、ＩＺの時間平均値（レベル）は、基準直流信号Ｂｉａｓによって変化しないように設定しておく。すなわち、駆動電流ＩＺの時間平均値が高周波電流の振幅が変わっても変化しないためには、式Ａにおいて、第２項、第３項が打ち消し合えばよい。
【００３１】
したがって、Ｇ１・Ｇ４・Ｇ５６＝Ｇ２／２である。このとき、＜ＩＺ＞＝Ｇ１・Ｉ１である。Ｇ１＝Ｇ４＝Ｇ５６＝１とすればＧ２＝２である。
【００３２】
換言すれば、高周波電流Ｉ２ＱＢに含まれる直流成分の増加分（振幅の増加に起因する）が、第１カレントミラー回路１のラインの前記他方を流れる直流電流Ｉ１から減じられる直流電流成分Ｉ４ＱＢに比例（一致を含む）するように設定されているので、駆動電流ＩＺのレベル変動を著しく抑制することができる。
【００３３】
図３は、上式が成立するときの駆動電流ＩＺの波形を示すグラフである。このグラフから分かるように、平均電流＜ＩＺ＞は駆動電流ＩＺの振幅が変化しても、変化しないこととなる。
【００３４】
以上、説明したように、上述の発光素子駆動回路においては、駆動電流ＩＺの平均値の変化が抑制されるので、発光素子Ｚをレーザダイオードとして、これを駆動した場合、高周波重畳の有無によってもレーザ光の強度が変化せず、これは特に、光学系にホログラムを使用する場合に有効である。
【００３５】
また、光ディスクメモリではディスク表面にレーザービームを照射してその情報を読み出す。レーザー光源にはレーザーダイオードを用いるが、この際、ディスクからの反射光がＬＤに戻り、ノイズの原因となる。この解決として高周波（３００〜５００ＭＨｚ程度）を重畳する場合においても、上述の発光素子駆動回路は、レベル変動が抑制されているので有効である。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の発光素子駆動回路によれば、駆動電流のレベル変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発光素子駆動回路の回路図。
【図２】高周波発生回路３の一方のラインを流れる電流Ｉ２ＱＡのグラフである。
【図３】駆動電流ＩＺの波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１…第１カレントミラー回路、２…第２カレントミラー回路、３…高周波発生回路、４…カレントミラー回路、５Ｑ…振幅設定用トランジスタ、６Ｑ…直流電流設定用トランジスタ、Ｂｉａｓ…基準直流信号、ＩＺ…駆動電流、ＯＳＣ…発振回路、Ｘ…節点、Ｙ…節点、Ｚ…発光素子。

Claims (3)

1. それぞれが並列ラインを有する第１及び第２カレントミラー回路における前記ラインの一方を共に前記発光素子に接続し、前記第１及び第２カレントミラー回路における前記ラインの他方にそれぞれ直流電流及び高周波電流を流し、直流電流に高周波電流が重畳してなる駆動電流を前記接続の節点を介し前記発光素子に供給する発光素子駆動回路において、
   前記第２カレントミラー回路の前記他方のラインを流れる高周波電流の振幅を基準直流信号の入力によって制御する振幅設定用トランジスタを備え、
   前記基準直流信号の前記振幅設定用トランジスタへの入力によって、前記第２カレントミラー回路の前記他方のラインを流れる高周波電流の直流成分が増加する場合には、前記駆動電流のレベル変動を抑制するよう、この基準直流信号に基づいて発生したある直流電流成分が、前記第１カレントミラー回路の前記ラインの前記他方を流れる直流電流から減じられるようにしたことを特徴とする発光素子駆動回路。
2. 前記高周波電流の直流成分の増加分が、前記第１カレントミラー回路の前記ラインの前記他方を流れる直流電流から減じられる直流電流成分に比例するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動回路。
3. 前記直流電流成分は、前記基準直流信号を直流電流設定用トランジスタの制御入力端子に入力することによって発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子駆動回路。

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