JPH0575192A

JPH0575192A - 半導体レ−ザ駆動回路

Info

Publication number: JPH0575192A
Application number: JP3258676A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sakata; 正樹坂田; Natsuhiro Gotou; 夏弘後藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体レーザ素子を高周波電流を重畳した直
流電流で駆動し、温度変化に対して発光量を一定に制御
する際する場合、直流電流が発光開始電流を越えてレー
ザ光のノイズが増大することを防止する。また、回路構
成を簡単にする。【構成】上記直流電流は常に発光開始電流以下に保持
し、重畳する高周波電流の振幅を温度変化に応じて調節
する。また、光量設定回路に一定の温度特性を有する半
導体素子を配設することにより、温度変化に対して発光
量を一定に制御する。【効果】半導体レーザ素子が連続発光することがなく
なるので、ノイズの増大が防止される。また、温度検出
回路や光量検出回路を備えることなく、所定の制御を実
行することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に光ディスク装置に
好適な半導体レーザ駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ディスク装置では、半導体レ
ーザ素子（以下、単に半導体レーザという）によりレー
ザ光を出射し、各種プリズムやレンズなどの光学系を通
して、レーザ光を光ディスクに照射している。この場
合、出射光の一部が光学系で反射して半導体レーザに戻
る、いわゆる戻り光が発生する。この戻り光は、光ディ
スクに照射するレーザ光のノイズになってしまう。

【０００３】このようなノイズを低減するため、例え
ば、特開昭６０−１９２３７７号公報に見られるよう
に、半導体レーザを駆動する直流電流に高周波のパルス
電流を重畳するようにしたものが提案されている。この
提案では、図１０に示すように、レーザ光の発光に最低
必要な閾値電流Ｉｔ以下の直流電流Ｉｂに一定振幅のパ
ルス電流Ｉｐを重畳した電流により、半導体レーザを駆
動するようにしている。

【０００４】いま、環境温度Ｔにおいて、半導体レーザ
の光量Ｌと駆動電流Ｉと関係である光量−電流特性が、
同図実線に示すような特性であったとする。この場合、
半導体レーザは、そのパルス電流Ｉｐに同期して同図Ｌ
ｐに示すように発光する。

【０００５】従来は、このようにして半導体レーザを駆
動する場合、発光量の平均パワーＰｏが常に一定になる
ように、直流電流Ｉｂを調節していた。

【０００６】ところで、半導体レーザは、環境温度の変
化により光量−電流特性が変化する性質がある。例え
ば、いま、環境温度がＴからＴ’に上昇したとすると、
光量−電流特性は、同図一点鎖線に示すように変化す
る。この場合、直流電流をＩｂ’まで大きくして、所定
の平均パワーＰｏを得るようにしていた。

【０００７】ところが、この場合、直流電流Ｉｂ’が閾
値電流Ｉｔを越えてしまうため、半導体レーザはオフす
る期間がなくなり連続発光する。このように半導体レー
ザが連続発光すると、パルス電流を重畳することによる
ノイズ低減効果が低下し、光ディスクに照射するレーザ
光のノイズが増大していた。

【０００８】一方、温度変化に対して発光量を一定に制
御するための回路方式として、例えば、特開昭６１−４
２１８２号公報に見られるように、温度センサーで環境
温度を検知して、その検知結果により半導体レーザの駆
動電流を調節するものが提案されている。また、特開昭
６３−１２４２３５号公報に見られるように、受光素子
により半導体レーザの発光量を検知して、その検知結果
により半導体レーザの駆動電流を調節するものが提案さ
れている。

【０００９】しかしながら、これらの提案のものは、温
度センサーや受光素子と共にそれらのものから検知信号
を取り出す検知回路などが必要であるため、半導体レー
ザの駆動回路が複雑になっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来
は、ノイズ低減のために、高周波電流を重畳した直流電
流により半導体レーザを駆動する場合、温度変化によ
り、レーザ光のノイズが増大してしまうという問題があ
った。また、従来は、温度変化に対して発光量を一定に
制御する回路は、回路構成が複雑になってしまうという
問題があった。

【００１１】本発明は、以上の問題を解決し、レーザ光
のノイズの増大を防止する一方、回路構成を簡単にした
半導体レーザ駆動回路を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このために、本願の１つ
の発明は、半導体レーザ素子には、常に発光開始電流以
下の一定の直流電流を通電すると共に、その一定電流に
高周波電流を重畳し、直流電流は一定値のままで、高周
波電流の振幅を温度変化に応じて調節することにより、
発光パワーを一定レベルに制御するようにしたことを特
徴としている。また、もう１つの発明は、１つのトラン
ジスタのベース電流に比例した駆動電流を半導体レーザ
素子に通電し、そのベース電流を調節することにより、
発光パワーを任意に設定する光量設定回路を備えている
場合に、その光量設定回路内に、温度上昇に応じて上記
ベース電流を低下させる半導体素子を配設したことを特
徴としている。

【００１３】

【作用】上記１つの発明によれば、半導体レーザに通電
する直流電流は、常に発光開始電流以下であり、環境温
度が変化しても連続発光することがなくなるので、ノイ
ズの増大が防止される。

【００１４】また、もう１つの発明では、光量設定回路
に半導体素子を配設するだけで、温度変化に対して発光
量を一定に制御することができるので、半導体レーザ駆
動回路の回路構成が簡単になる。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に係る半導
体レーザ駆動回路の回路構成図を示したものである。図
において、半導体レーザ１の一端には電源電圧Ｖａが印
加され、他端は、電流源回路２とスイッチ回路３と高周
波電流重畳回路４とに接続されている。受光素子５の一
端には、バイアス電圧Ｖｂが印加され、他端は、Ｉ−Ｖ
変換回路６に接続されている。Ｉ−Ｖ変換回路６の出力
は、偏差検出回路７，８にそれぞれ入力されている。ま
た、偏差検出回路７には一定の参照電圧Ｒｅｆ１が入力
され、偏差検出回路８には一定の参照電圧Ｒｅｆ２が入
力されている。偏差検出回路７の出力は、高周波電流重
畳回路４に入力されている。高周波電流重畳回路４に
は、図示せぬ制御回路から、その回路動作をオンオフす
る制御信号が入力されている。

【００１７】偏差検出回路８の出力は、レベル保持回路
９に入力され、そのレベル保持回路９の出力は、電流源
回路１０に入力されている。電流源回路１０の出力の一
端は、スイッチ回路３に接続され、他端はアースされて
いる。切換回路１１には、図示せぬ制御回路から、スイ
ッチ回路３を制御するためのオンオフ信号と、データ信
号とが入力され、その内の一方によりスイッチ回路３が
制御されているようになっている。

【００１８】以上の構成で、本実施例の半導体レーザ駆
動回路は、動作モードとして、図２に示すように、再生
モードと記録／消去モードとパワー制御モードとの３つ
の動作モードを有し、必要に応じて各モードが切り換わ
るようになっている。

【００１９】再生モードは、図示せぬ光ディスクから記
録データを読み取るときのモードである。記録／消去モ
ードは、その光ディスクにデータを記録したり、記録デ
ータを消去したりするモードである。パワー制御モード
は、そのデータ記録や消去を行なう際のレーザ光の出射
光量を調節するモードである。このパワー制御モードの
動作は、回路の起動直後に一度実行する一方、起動後に
は、例えば一定時間おき、あるいは光ディスクの一定数
のセクタをアクセスするごとに繰り返し実行するもので
ある。

【００２０】次に、この半導体レーザ駆動回路の動作を
説明する。

【００２１】電流源回路２は、半導体レーザ１に常時一
定電流Ｉ１を通電する。この一定電流Ｉ１は、図３に示
すように、半導体レーザ１の発光に最低必要な閾値電流
Ｉｔ以下に設定されている。

【００２２】いま、再生モードに設定されているものと
する。この場合、図４に示すように、高周波電流重畳回
路４の動作をオンにして（処理１０１）、スイッチ回路
３をオフにする（処理１０２）。

【００２３】高周波電流重畳回路４がオンすると、図３
に示すように、半導体レーザ１の通電電流Ｉ１に高周波
電流パルスが重畳される。これにより、半導体レーザ１
が発光し、受光素子５はその出射光量を検知する。Ｉ−
Ｖ変換回路６は、その検知された出射光量を電圧信号と
して出力する。偏差検出回路７は、その電圧信号と一定
の参照電圧Ｒｅｆ１との偏差を偏差信号Ｓ１として出力
する。高周波電流重畳回路４は、その偏差信号Ｓ１に応
じて出力する高周波電流の振幅を制御する。

【００２４】いま、環境温度Ｔ１で、半導体レーザ１が
同図実線に示すような光量−電流特性を有していたとす
ると、高周波電流の一定の振幅Ｉｈ１において、一定の
平均パワーＰ１の出射光が得られるようになる。

【００２５】ここで、例えば、環境温度がＴ’に上昇
し、上記光量−電流特性が一点鎖線に示すように変化し
たとする。この場合、半導体レーザの出射光量が低下す
ることになる。出射光量が低下すると、受光素子５の検
知レベルが低下し、Ｉ−Ｖ変換回路６の電圧信号も低下
し、偏差検出回路７が出力する偏差信号Ｓ１が上昇す
る。高周波電流重畳回路４は、その偏差信号Ｓ１の上昇
に応じて、高周波電流の振幅を増大する。これにより、
高周波電流の振幅がＩｈ２に増大して、出射光の平均パ
ワーＰ１が一定に保持されるようになる。

【００２６】また、環境温度が低下した場合には、上記
と反対の動作により、出射光の平均パワーＰ１が同様に
保持される。このように出射光のパワーが一定に保持さ
れた状態で、図示せぬ再生手段により、光デイスク再生
動作が実行される。

【００２７】次に、パワー制御モードに設定されたとす
る。この場合、図５に示すように、高周波電流重畳回路
４の動作をオフし（処理２０１）、スイッチ回路３をオ
ンにする（処理２０２）。

【００２８】この場合、スイッチ回路３は、半導体レー
ザ１に電流Ｉ２を通電する。これにより、半導体レーザ
１が発光し、前記と同様に、受光素子５がその出射光量
を検知し、Ｉ−Ｖ変換回路６から検知レベレを示す電圧
信号が出力される。偏差検出回路８は、その電圧信号
と、一定の参照電圧Ｒｅｆ２との偏差を偏差信号Ｓ２と
して出力する。レベル保持回路９は、まず最初、入力さ
れた偏差信号Ｓ２をそのまま出力する。電流源回路１０
は、その偏差信号Ｓ２に応じて電流Ｉ２を制御する。

【００２９】これにより、半導体レーザ１は、図６に示
すように、電流Ｉ１とＩ２の和の電流が通電され、その
出射光量が一定の平均パワーＰ２に制御される（処理２
０３）。なお、この平均パワーＰ２は、再生モード時の
平均パワーＰ１より大きく設定されている。レベル保持
回路９は、この状態で、入力している偏差信号Ｓ２の値
を保持する（処理２０４）。

【００３０】次に、記録／消去モードに設定されたとす
る。この場合、図７に示すように、高周波電流重畳回路
４の動作はオフする（処理３０１）。そして、スイッチ
回路３に所定のデータ信号を入力する（処理３０２）。

【００３１】このデータ信号は、光ディスクにデータを
記録する場合は、記録する２値データであり、消去する
場合は、オール”１”いうような一定信号である。この
データ信号により、電流Ｉ２がオンオフされる。これに
より、図６の一点鎖線に示すように、半導体レーザ１
は、データ信号に応じて発光して、変調されたレーザ光
が出射される。このレーザ光により、光ディスクに対し
てデータの記録または消去が実行される。

【００３２】以上のように、本実施例では、半導体レー
ザ１には、常に一定の直流電流Ｉ１を通電し、再生モー
ドでは、その一定電流に高周波電流を重畳すると共に、
その高周波電流の振幅を調節することにより半導体レー
ザ１の出射光量を一定レベルに制御するようにしてい
る。これにより、環境温度が変化しても、直流電流Ｉ１
が、発光開始電流Ｉｔを越えることがなくなるので、ノ
イズの増大が防止される。

【００３３】また、記録／消去モードでは、上記高周波
電流の重畳を停止して、別の電流Ｉ２を重畳し、その電
流値を調節することにより、出射光量を一定レベルに制
御するようにしている。このように、再生モード時と記
録／消去モード時とで、電流源回路２など主要回路を共
用するので、部品点数を削減することができる。

【００３４】なお、上述の実施例では、半導体レーザ１
の出射光量を受光素子５で検知し、この検知レベルに基
ずいて高周波電流の振幅を調整するようにしたが、予め
各温度に適応する高周波電流の振幅値を記憶しておき、
動作時に、環境温度を検知して、その検知温度に対応す
る振幅に調整するようにしてもよい。

【００３５】次に、本発明の第２の実施例を説明する。

【００３６】図８は、本発明の第２の実施例に係る半導
体レーザ駆動回路の回路図を示したものである。図にお
いて、半導体レーザＤ１には、ダイオードＤ２が逆方向
に並列接続され、その一端には、電源電圧Ｖｃが印加さ
れている。その他端は、トランジスタＴｒ１とＴｒ２の
それぞれのコレクタに接続されている。トランジスタＴ
ｒ１のベースには、オンオフ信号が入力され、そのエミ
ッタは、抵抗Ｒ１を介してアースされている。

【００３７】トランジスタＴｒ２のベースには、データ
信号が入力され、そのエミッタは、トランジスタＴｒ３
のエミッタと、トランジスタＴｒ４のコレクタとに接続
されている。トランジスタＴｒ４のベースは、トランジ
スタＴｒ５のベースとそのコレクタとトランジスタＴｒ
６のコレクタとに接続されている。トランジスタＴｒ４
のエミッタは、抵抗Ｒ２を介してアースされ、トランジ
スタＴｒ５のエミッタは、抵抗Ｒ３を介してアースされ
ている。

【００３８】トランジスタＴｒ３のコレクタには、電源
電圧Ｖｄが印加され、そのコレクタとベース間には、抵
抗Ｒ４が接続されている。トランジスタＴｒ６のコレク
タは、抵抗Ｒ５を介して電源電圧Ｖｄのラインに接続さ
れ、そのベースは、抵抗Ｒ６を介して可変抵抗器ＶＲの
可動端子に接続されている。その可変抵抗器ＶＲの一端
には、直列接続された２個のダイオードＤ３を介して、
電源電圧Ｖｃが印加され、他端は抵抗Ｒ７を介してアー
スされている。

【００３９】なお、同図において、ダイオードＤ３を配
設しない回路、すなわち、電源電圧Ｖｃを直接可変抵抗
器ＶＲの一端に印加する回路は、既知回路である。

【００４０】以上の構成で、本実施例の半導体レーザ駆
動回路は、動作モードとして、再生モードと記録／消去
モードとを有している。

【００４１】いま、再生モードに設定されたとすると、
トランジスタＴｒ１のベースには、オンオフ信号として
一定の正電圧が印加され、トランジスタＴｒ２のベース
のデータ信号はオフ、つまり電圧零に設定される。

【００４２】トランジスタＴｒ１は、ベースに上記正電
圧が印加されることによりオンする。そして、電源電圧
Ｖｃにより、半導体レーザＤ１，トランジスタＴｒ１お
よび抵抗Ｒ１の経路で一定電流が流れ、半導体レーザＤ
１が発光する。なお、このとき、トランジスタＴｒ２は
オフし、トランジスタＴｒ２側には電流は流れない。

【００４３】この半導体レーザＤ１の出射光により図示
せぬ光ディスクからの所定のデータ読取動作が実行され
る。

【００４４】次に、記録／消去モードにされたとする。
この場合、トランジスタＴｒ１のベースのオンオフ信号
はオフつまり電圧零に設定され、トランジスタＴｒ２の
ベースには、データ信号が入力される。このデータ信号
は、一定電圧がオンオフする２値信号である。

【００４５】このデータ信号の一定電圧がオンになった
時点では、トランジスタＴｒ２がオンする。

【００４６】一方、トランジスタＴｒ６のベースには、
可変抵抗器ＶＲの調節状態に応じた電流が流入し、その
コレクタからエミッタ間が導通状態になる。そして、電
源電圧Ｖｄにより、抵抗Ｒ５，トランジスタＴｒ６，ト
ランジスタＴｒ４のベースへと電流が流れ、トランジス
タＴｒ４も導通状態になる。そして、電源電圧Ｖｃによ
り、半導体レーザＤ１，トランジスタＴｒ２，トランジ
スタＴｒ４および抵抗Ｒ２の経路で電流が流れ、半導体
レーザＤ１が発光する。

【００４７】この場合、可変抵抗器ＶＲの可動端子がダ
イオードＤ３側の端子に近くなるほど、トランジスタＴ
ｒ６のベース電流が増大して、そのコレクタ電流も増大
する。このコレクタ電流は、トランジスタＴｒ４のベー
ス電流であり、このベース電流が増大すると、半導体レ
ーザＤ１の通電電流も増大する。

【００４８】可変抵抗器ＶＲは、このように半導体レー
ザＤ１の通電電流を調節するものであり、予め半導体レ
ーザＤ１から適切な出射光量が得られる状態に調整され
ている。

【００４９】データ信号の一定電圧がオフになった時点
では、トランジスタＴｒ２はオフし、半導体レーザＤ１
が消灯する。なお、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５，抵抗
Ｒ４およびＲ３は、トランジスタＴｒ２およびＴｒ４の
オンオフ動作を安定化するためのものである。

【００５０】このようにデータ信号に応じて半導体レー
ザＤ１が発光する。この半導体レーザＤ１の出射光によ
り、図示せぬ光ディスクに対して所定の情報記録あるい
は記録データの消去動作が実行される。

【００５１】ところで、半導体レーザＤ１は、環境温度
の変化に応じて発光量が変化する性質がある。例えば、
一定電流で駆動する場合、環境温度が上昇すると、発光
量は増大する。また、一般にエミッタ接地のトランジス
タ回路は、温度が上昇すると、コレクタ電流が増大する
特性がある。

【００５２】従って、本実施例のように、半導体レーザ
Ｄ１の通電電流をトランジスタＴｒ１によりオンオフす
る回路では、環境温度が上昇すると、半導体レーザＤ１
の発光量は増加し、温度が低下すると発光量も減少する
ことになる。

【００５３】ところで、一般に、ダイオードの順方向電
圧と電流とは、図９に示すように、一方が上昇すると他
方も上昇する。なお、同図の電流量は、対数スケールで
示している。この図から明らかなように、ダイオード
は、一定電流を流す場合、環境温度が上昇すると、電圧
が低下する特性がある。

【００５４】従って、本実施例では、環境温度が上昇す
ると、ダイオードＤ３の両端の電圧が低下する。可変抵
抗器ＶＲのダイオードＤ３側端子には、電源電圧Ｖｃか
らダイオードＤ３の電圧分だけ低下した電圧が印加され
るため、温度上昇により、その端子電圧が上昇し、可動
端子の電圧も上昇して、トランジスタＴｒ６のベース電
流が減少する。これにより、トランジスタＴｒ４のコレ
クタ電流が減少して、半導体レーザＤ１の通電電流が減
少するようになる。また、環境温度が低下すると、ダイ
オードＤ３の両端の電圧が増大し、上記と反対に半導体
レーザＤ１の通電電流が増大するようになる。

【００５５】本実施例では、このような通電電流の制御
により、半導体レーザＤ１の発光量の増減を抑制して常
に一定レベルを維持するように設定している。

【００５６】以上のように、本実施例では、トランジス
タＴｒ６のベース電流に比例した駆動電流を半導体レー
ザＤ１に通電し、そのベース電流を可変抵抗器ＶＲによ
り調節することにより、発光パワーを任意に設定するよ
うにしている。そして、可変抵抗器ＶＲと電源電圧Ｖｃ
のラインとの間にダイオードＤ２を挿入して、温度上昇
に応じて上記ベース電流を低下させ、これにより、半導
体レーザＤ１の発光量を一定に保持するようにしてい
る。

【００５７】従って、従来のような温度センサーや受光
素子および検知回路が不要になり、駆動回路を簡単に構
成することができる。

【００５８】なお、上記第２の実施例では、記録／消去
モードの場合のみ、温度変化に対して出射光量を一定に
制御するようにしたが、再生モードの場合にも、同様の
回路で出射光量を一定に制御するようにしてもよい。

【００５９】また、ダイオードの温度特性を利用するよ
うにしたが、例えば、トランジンタの３端子の内の２端
子は、同様の特性を有することが知られている。従っ
て、このような他の半導体素子を同様に使用できること
はいうまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、本願の１つの発明によれ
ば、半導体レーザ素子には、発光開始電流以下の常に一
定の直流電流を通電し、その一定電流に重畳する高周波
電流の振幅を調節することにより、レーザ光の平均パワ
ーを一定レベルに制御するようにしたので、環境温度が
変化しても、直流電流が発光開始電流を越えることがな
くなるので、ノイズの増大が防止される。

【００６１】また、もう１つの発明によれば、トランジ
スタのベース電流を調節して半導体レーザ素子の出射光
量を設定する光量設定回路に、半導体素子を配設するだ
けで、温度変化に対して発光量を一定に保持することが
できるので、回路構成が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ駆動
回路のブロック構成図を示したものである。

【図２】上記半導体レーザ駆動回路の動作モードの説明
図である。

【図３】再生モードにおける半導体レーザの駆動状態説
明図である。

【図４】再生モード時の動作フローチャートである。

【図５】パワー制御モード時の動作フローチャートであ
る。

【図６】パワー制御モードおよび記録／消去モードにお
ける半導体レーザの駆動状態説明図である。

【図７】記録／消去モード時の動作フローチャートであ
る。

【図８】本発明の第２の実施例に係る半導体レーザ駆動
回路の回路図を示したものである。

【図９】ダイオードの電圧・電流特性を示すグラフ図で
ある。

【図１０】従来の半導体レーザの駆動状態説明図であ
る。

【符号の説明】

１，Ｄ１半導体レーザ２，１０電流源回路３スイッチ回路４高周波電流重畳回路５受光素子６Ｉ−Ｖ変換回路７，８偏差検出回路９レベル保持回路１１切換回路Ｄ２，Ｄ３ダイオードＴｒ１〜Ｔｒ６トランジスタＲ１〜Ｒ７抵抗ＶＲ可変抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ素子に高周波電流を重畳し
た直流電流を通電して発光させ、その発光の平均パワー
を温度変化に拘らず常に一定に保持する半導体レーザ駆
動回路において、常に上記半導体レーザ素子に発光開始
電流以下の一定の直流電流を通電する一定電流通電手段
と、上記一定電流に高周波電流を重畳する高周波電流重
畳手段と、その高周波電流の振幅を温度変化に応じて調
節することにより上記平均パワーを一定に保持する発光
パワー制御手段とを備えていることを特徴とする半導体
レーザ駆動回路。
【請求項２】上記高周波電流の重畳を停止して上記一
定電流に他の直流電流を重畳する直流電流重畳手段と、
上記他の直流電流の電流値を調節することにより半導体
レーザの発光パワーを上記平均パワーより大きい一定レ
ベルに保持する第２の発光パワー制御手段とを備えてい
ることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動回
路。
【請求項３】半導体レーザ素子に通電して発光させ、
その発光の平均パワーを温度変化に拘らず常に一定に保
持する半導体レーザ駆動回路において、１つのトランジ
スタのベース電流に比例した駆動電流を上記半導体レー
ザ素子に通電して発光させる半導体レーザ駆動回路と、
上記ベース電流を任意に調節することにより上記半導体
レーザ素子の発光パワーを任意に設定する光量設定回路
と、その光量設定回路に挿入され環境温度の上昇に応じ
て上記ベース電流を低下させる半導体素子とを備えてい
ることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。