(57)【要約】【課題】発光素子の光出力強度が経時変化により劣化すると、ＡＰＣ回路により発光素子の光出力強度が一定に保たれても変調電流Ｉｍｏｄが劣化前の大きさのままであるため、重畳された信号の振幅が相対的に小さくなり、発光素子の光出力の振幅が減少する。【解決手段】ＡＰＣ回路４０を有する発光素子駆動回路において、変調電流源として、互いに並列に接続された３つの電流源２６，２７，２８を用意し、電流源２６，２７の温度特性の比によって変調電流Ｉｍｏｄに対して任意の温度特性を設定するとともに、発光素子１０の光出力強度が劣化し、ＡＰＣ回路４０によってバイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向に制御されたときは、発光素子１０に変調を加える変調電流Ｉｍｏｄの大きさを電流源２８によってバイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて制御（補償）するようにする。【選択図】図１
2006253266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に応じて発光素子に変調電流を流す変調手段と、
前記発光素子の光出力強度が一定になるように、当該発光素子のバイアス電流を制御する光出力制御手段と、
前記発光素子の光出力強度の劣化時に前記光出力制御手段によって前記バイアス電流が増加する方向に制御されたときに、当該バイアス電流に応じて前記変調電流の大きさを制御する変調電流制御手段と
を具備することを特徴とする発光素子駆動回路。
【請求項２】
前記変調電流制御手段は、前記変調電流を流す第１の電流源に対して並列に接続され、前記バイアス電流を流すバイアス電流源と共にカレントミラー回路を構成する第２の電流源である
ことを特徴とする請求項１記載の発光素子駆動回路。
【請求項３】
前記第１の電流源に対して並列に接続された温度特性を持つ第３の電流源を有する
ことを特徴とする請求項２記載の発光素子駆動回路。
【請求項４】
前記変調電流制御手段は、所定の設定電圧と前記バイアス電流に基づいて演算を行うことによって前記変調電流の大きさを設定する
ことを特徴とする請求項２記載の発光素子駆動回路。
【請求項５】
前記変調電流制御手段は、雰囲気温度をパラメータとして用いて前記変調電流の大きさを設定する
ことを特徴とする請求項４記載の発光素子駆動回路。
【請求項６】
前記変調電流制御手段は、所定の設定電圧と前記バイアス電流を基にルックアップテーブルを参照して前記変調電流の大きさを設定する
ことを特徴とする請求項２記載の発光素子駆動回路。
【請求項７】
前記変調電流制御手段は、雰囲気温度をパラメータとして用いて前記変調電流の大きさを設定する
ことを特徴とする請求項６記載の発光素子駆動回路。
【請求項８】
入力信号に応じて発光素子に変調電流を流すとともに、前記発光素子の光出力強度が一定になるように、当該発光素子のバイアス電流を制御し、
前記発光素子の光出力強度の劣化時に前記バイアス電流が増加する方向に制御されたときに、当該バイアス電流に応じて前記変調電流の大きさを制御する
ことを特徴とする発光素子駆動方法。
【請求項９】
発光素子と、
入力信号に応じて前記発光素子に変調電流を流す変調回路と、
前記発光素子の光出力強度が一定になるように、当該発光素子のバイアス電流を制御する光出力制御回路と、
前記発光素子の光出力強度の劣化時に前記光出力制御回路によって前記バイアス電流が増加する方向に制御されたときに、当該バイアス電流に応じて前記変調電流の大きさを制御する変調電流制御回路と
を具備することを特徴とする光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子駆動回路、発光素子駆動方法および光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、発光素子駆動回路には、発光素子の光出力強度（発光強度）が常に一定になるように、発光素子の光出力強度を受光素子でモニタし、発光素子のバイアス電流に対してフィードバック制御を行うＡＰＣ(Auto Power Control;自動光出力制御）回路が設けられている。このＡＰＣ回路の作用により、発光素子の温度特性や経時変化による光出力強度の劣化を補償し、安定した光出力強度を得ることができる。
【０００３】
また、発光素子に対してクロックやデータ等の信号を重畳する変調回路は、ＡＰＣ回路とは独立に構成されている。この変調回路は、温度特性を持たずに一定強度となるように構成されるか、あるいは発光素子の微分効率、微分抵抗の温度特性を補償するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１３３１８７号公報
【０００５】
図５は、従来例に係る発光素子駆動回路の構成例を示す回路図である。図５において、発光素子１００に対して変調回路２００がコンデンサＣを介してＡＣ結合されている。変調回路２００は、バッファ２０１と、エミッタが共通に接続され、各ベースがバッファ２０１の正相出力端、逆相出力端にそれぞれ接続された差動対トランジスタ２０２，２０３と、差動対トランジスタ２０２，２０３の各コレクタと電源ＶＣＣとの間にそれぞれ接続された抵抗２０４，２０５と、差動対トランジスタ２０２，２０３のエミッタ共通接続ノードとグランドの間に並列に接続された２つの変調電流源２０６，２０７とによって構成されている。
【０００６】
この変調回路２００は、入力信号をバッファ２０１でバッファリングし、変調電流源２０６，２０７の出力振幅で発光素子１００を駆動する。この例では、一方の変調電流源２０６として温度特性を持たない（０ｐｐｍ）電流源を用い、他方の変調電流源２０７として例えば５０００ｐｐｍの温度特性を持つ電流源を用いている。これら電流源２０６，２０７の温度特性の比により、変調電流Ｉｍｏｄに対して任意の温度特性を設定することができる。
【０００７】
発光素子１００の近傍には、受光素子３００がモニタ素子として配置されている。受光素子３００は、発光素子１００の光出力強度をモニタし、その光出力強度に比例したモニタ信号をＡＰＣ回路４００に出力する。ＡＰＣ回路４００は、発光素子１００に対してインダクタＬを介して直列に接続されたバイアス電流源４０１と、受光素子３００の出力電圧をＡＰＣ設定電圧と比較し、その差分電圧に応じてバイアス電流源４０１のバイアス電流Ｉｂｉａｓを制御する差動アンプ４０２とによって構成され、受光素子３００の出力が一定になるようにバイアス電流源４０１を制御する。
【０００８】
上述した変調回路２００およびＡＰＣ回路３００の作用により、図６に示すような発光素子の温度特性を補償し、広い温度特性に亘って光出力強度（発光強度）と重畳された信号の振幅を一定に保つことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図７に示すように、発光素子は経時変化により、その光出力強度が劣化していく。このとき、上記従来技術では、ＡＰＣ回路４００により、バイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向にバイアス電流源４０１の制御が行われることで、発光素子１００の光出力強度が一定に保たれる。
【００１０】
しかしながら、変調電流Ｉｍｏｄは、発光素子１００の劣化前の大きさのままである。このため、重畳された信号の振幅が相対的に小さくなり、その結果、発光素子１００の光出力の振幅が減少してしまうことになる。特に、光通信の場合には、発光素子が発する光出力の振幅不足が通信エラーの発生原因となる。したがって、発光素子の光出力強度の劣化後にも当該発光素子の光出力振幅を一定に保つ技術が必要となる。
【００１１】
そこで、本発明は、発光素子の光出力強度の劣化後にも当該発光素子の光出力振幅を一定に保つことが可能な発光素子駆動回路、発光素子駆動方法および光送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、入力信号に応じて発光素子に変調電流を流すとともに、前記発光素子の光出力強度が一定になるように、当該発光素子のバイアス電流を制御し、前記発光素子の光出力強度の劣化時に前記バイアス電流が増加する方向に制御されたときに、当該バイアス電流に応じて前記変調電流の大きさを制御する構成を採っている。
【００１３】
上記の構成において、発光素子の光出力強度が劣化し、バイアス電流が増加する方向に制御されたとき、発光素子に変調を加える変調電流の大きさをバイアス電流に応じて制御することで、発光素子の光出力強度が劣化しても、重畳される信号の振幅が相対的に小さくなるのを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発光素子の光出力強度が劣化しても、重畳される信号の振幅が相対的に小さくなるのを防止できるため、発光素子の光出力強度の劣化後にも光出力振幅を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。図１において、レーザダイオード等の発光素子１００は、励起電流のしきい値電流Ｉｔｈ以上の電流を変化することによって直接変調ができる。したがって、発光素子１００は、適当なバイアス電流Ｉｂｉａｓで動作点が決められ、当該バイアス電流Ｉｂｉａｓにクロックやデータ等の信号が振幅変調として変調回路２０によって重畳されることで、電流の変化にほぼ直線的に比例した被変調出力光を出力する。
【００１７】
変調回路２０は、バッファ２１と、エミッタが共通に接続され、各ベースがバッファ２１の正相出力端、逆相出力端にそれぞれ接続された差動対トランジスタ２２，２３と、差動対トランジスタ２２，２３の各コレクタと電源ＶＣＣとの間にそれぞれ接続された抵抗２４，２５と、差動対トランジスタ２２，２３のエミッタ共通接続ノードとグランドの間に並列に接続された３つの変調電流源２６，２７，２８とを有し、回路出力端、即ちトランジスタ２３のコレクタがコンデンサＣを介して発光素子１０のカソードにＡＣ結合された構成となっている。
【００１８】
受光素子３０は、例えばフォトダイオードであり、発光素子１０の近傍にモニタ素子として配置されており、発光素子１０の光出力強度をモニタし、その光出力強度に比例したモニタ信号をＡＰＣ回路４０に出力する。ＡＰＣ回路４０は、発光素子１０に対してインダクタＬを介して直列に接続されたバイアス電流源４１と、受光素子３０の出力電圧をＡＰＣ設定電圧と比較し、その差分電圧に応じてバイアス電流源４１のバイアス電流Ｉｂｉａｓを制御する差動アンプ４２とによって構成され、受光素子３０の出力が一定になるようにバイアス電流源４１を制御する。
【００１９】
上記構成の発光素子駆動回路において、本実施形態では、変調電流Ｉｍｏｄを流す変調電流源として、温度特性を持たない（０ｐｐｍ）電流源２６と、例えば５０００ｐｐｍの温度特性を持つ電流源２７に加えて、バイアス電流Ｉｂｉａｓに比例した電流、具体的にはバイアス電流Ｉｂｉａｓの１／ｎ倍の電流を流す電流源２８を有することを特徴としている。この電流源２８は、バイアス電流源４１とカレントミラー回路を構成することで、バイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて変調電流Ｉｍｏｄを制御する変調電流制御手段を構成している。
【００２０】
電流源２８は、発光素子１０の経時変化によって当該発光素子１０の光出力強度が劣化し、ＡＰＣ回路４０により、バイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向にバイアス電流源４０１の制御が行われたときに、バイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて変調電流Ｉｍｏｄを制御する、具体的にはバイアス電流Ｉｂｉａｓに比例した適当な電流（本例では、１／ｎ倍の電流）を変調電流Ｉｍｏｄに加算する作用をなす。この電流源２８の作用により、発光素子１０の光出力強度が劣化しても、重畳される信号の振幅が相対的に小さくなるのを防止できるため、発光素子１０の劣化後にも当該発光素子１０の光出力振幅を一定に保つことが可能となる。
【００２１】
因みに、ＡＰＣ回路４０による通常の制御（以下、「ＡＰＣ制御」と記す）時においても、発光素子１０の光出力強度の変動に応じてバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流値が変化することになるが、このときの変化分は僅かであって最終的にＡＰＣ設定電圧に対応した一定値に収束するものである。したがって、電流源２８は、ＡＰＣ制御時にもバイアス電流Ｉｂｉａｓの変化に応じて変調電流Ｉｍｏｄを制御することになるが、この変調電流Ｉｍｏｄも最終的には一定値のバイアス電流Ｉｂｉａｓに対応した電流値に収束することになる。
【００２２】
これに対して、発光素子１０の経時変化によって当該発光素子１０の光出力強度が劣化したときには、ＡＰＣ回路４０により、バイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向にバイアス電流源４１の制御が行われ、バイアス電流Ｉｂｉａｓの収束値が変更されることで、発光素子１０の光出力強度が一定に保たれる。そして、電流源２８は変調電流Ｉｍｏｄを、ＡＰＣ回路４０による制御によって変更された後のバイアス電流Ｉｂｉａｓの収束値に対応した電流値（本例では、１／ｎ倍）に設定することになる。
【００２３】
このように、ＡＰＣ回路４０を有する発光素子駆動回路において、変調電流源として、互いに並列に接続された３つの電流源２６，２７，２８を用意し、電流源２６，２７の温度特性の比によって変調電流Ｉｍｏｄに対して任意の温度特性を設定するとともに、発光素子１０の光出力強度が劣化し、ＡＰＣ回路４０によってバイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向に制御されたときは、発光素子１０に変調を加える変調電流Ｉｍｏｄの大きさを電流源２８によってバイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて制御（補償）することで、図６に示すような発光素子の温度特性を補償し、広い温度特性に亘って光出力強度（発光強度）と重畳された信号の振幅を一定に保つことができるとともに、発光素子１０の劣化後にも光出力振幅を一定に保つことができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、変調電流源の一つとして、温度特性を持つ電流源２７を有する場合を例に挙げて説明したが、当該電流源２７を持つことは必須ではない。ただし、本実施形態のように、温度特性を持つ電流源２７を、温度特性を持たない電流源２６に対して並列に接続し、電流源２６，２７の温度特性の比によって変調電流Ｉｍｏｄに対して任意の温度特性を設定する構成を採った方が、図６に示すような発光素子の温度特性を補償できるため有利である。
【００２５】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。
【００２６】
第１実施形態に係る発光素子駆動回路では、変調電流源として、互いに並列に接続された３つの電流源２６，２７，２８を用意し、電流源２６，２７の温度特性の比により、変調電流Ｉｍｏｄに対して任意の温度特性を設定するとともに、電流源２８によってバイアス電流Ｉｂｉａｓに比例した適当な電流を変調電流Ｉｍｏｄに加算するようにした。
【００２７】
これに対して、本実施形態に係る発光素子駆動回路では、変調電流源として単一の電流源２９を用いるとともに、当該電流源２９に流れる変調電流Ｉｍｏｄを設定する変調電流設定回路５１を設け、当該変調電流設定回路５１により、変調電流設定電圧に基づいて変調電流Ｉｍｏｄの大きさを設定するとともに、バイアス電流Ｉｂｉａｓに比例した適当な電流を変調電流Ｉｍｏｄに加算する構成を採っている。それ以外の構成は、第１実施形態に係る発光素子駆動回路と同じであり、その説明については重複するので省略する。
【００２８】
変調電流設定回路５１は、アナログ回路による加算器や乗算器や重み付け回路等によって構成される。本実施形態に係る発光素子駆動回路においてはさらに、変調電流設定回路５１は、温度センサ５２によって検出される雰囲気温度をもパラメータとして用いて、雰囲気温度も加味して変調電流Ｉｍｏｄを設定するようにしているが、これは必須の要件ではない。ただし、雰囲気温度も加味して変調電流Ｉｍｏｄを設定するようにした方が、図６に示すような発光素子の温度特性についても補償できるため有利である。
【００２９】
このように、変調電流源として単一の電流源２９を用い、変調電流設定回路５１による制御の下に、変調電流Ｉｍｏｄの大きさを設定するとともに、発光素子１０の光出力強度が劣化し、ＡＰＣ回路４０によってバイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向に制御されたときに、発光素子１０に変調を加える変調電流Ｉｍｏｄの大きさをバイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて制御するようにすることで、第１実施形態に係る発光素子駆動回路の場合と同様の作用効果を得ることに加えて、変調電流源が１つで済むためその分だけ回路構成を簡略化できる利点がある。
【００３０】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図であり、図中、図２と同等部分には同一符号を付して示している。
【００３１】
第２実施形態に係る発光素子駆動回路では、変調電流源を単一の電流源２９とし、変調電流設定回路５１によって変調電流Ｉｍｏｄの大きさを設定するとともに、発光素子１０が劣化したときはバイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて変調電流Ｉｍｏｄの大きさを補償するとしたが、本実施形態に係る発光素子駆動回路では、加算器や乗算器や重み付け回路等によって構成される変調電流設定回路５１に代えてメモリ部５３を用い、変調電流設定電圧およびバイアス電流Ｉｂｉａｓを基に、当該メモリ部５３に格納したルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照して変調電流Ｉｍｏｄの最適値を設定する構成を採っている。
【００３２】
メモリ部５３に演算機能をも持たせ、必要に応じて適当な演算を行うことで、変調電流Ｉｍｏｄの最適値を設定するようにすることも可能である。本実施形態に係る発光素子駆動回路においても、第２実施形態に係る発光素子駆動回路の場合と同様に、温度センサ５２によって検出される雰囲気温度をもパラメータとして用いて、雰囲気温度も加味して変調電流Ｉｍｏｄの最適値を設定するようにしているが、これは必須の要件ではない。ただし、雰囲気温度も加味して変調電流Ｉｍｏｄを設定するようにした方が、図６に示すような発光素子の温度特性についても補償できるため有利である。
【００３３】
このように、メモリ部５３に格納したルックアップテーブルを参照して変調電流Ｉｍｏｄの最適値を設定するとともに、発光素子１０の光出力強度が劣化し、ＡＰＣ回路４０によってバイアス電流Ｉｂｉａｓが増加する方向に制御されたときに、発光素子１０に変調を加える変調電流Ｉｍｏｄの大きさをバイアス電流Ｉｂｉａｓに応じて補償するようにすることで、第２実施形態に係る発光素子駆動回路の場合と同様の作用効果を得ることに加えて、アナログ回路による加算器や乗算器や重み付け回路等によって構成される変調電流設定回路５１に代えてメモリ部５３を１つ設けるだけで済むため、第２実施形態に係る発光素子駆動回路に比べて回路構成を簡略化できる利点がある。
【００３４】
［適用例］
以上説明した第１、第２および第３実施形態に係る発光素子駆動回路は、例えば、光通信装置における光送信装置の発光素子駆動回路として用いることができる。
【００３５】
図４は、本発明が適用される光通信装置の構成の概略を示すブロック図である。図４に示すように、本光通信装置は、光送信装置６０、光伝送媒体７０および光受信装置８０によって構成されている。
【００３６】
光送信装置６０は、レーザダイオード等の発光素子６１と、この発光素子６１をクロックやデータの信号に応じて駆動（変調）する発光素子駆動回路６２を有する構成となっている。光伝送媒体７０は、例えば光ファイバからなり、発光素子６１から出力される光信号を光受信装置８０側へ伝送する。光受信装置８０は、光伝送媒体７０によって伝送された光信号を受光するフォトダイオード等の受光素子８１と、この受光素子８１の受光出力を復調する復調回路８２を有する構成となっている。
【００３７】
上記構成の光通信装置における光送信装置６０の発光素子駆動回路６２として、先述した第１、第２または第３実施形態に係る発光素子駆動回路が用いられる。光通信では光出力振幅の減少が通信エラーの大きな原因となるが、第１、第２または第３実施形態に係る発光素子駆動回路を光送信装置６０の発光素子駆動回路６２として用いることで、これら発光素子駆動回路は発光素子の劣化後にも光出力振幅を一定に保ち、光信号の品質を保証できる利点を持ち、発光素子６１の光出力強度が経時変化により劣化したとしても、それに起因する通信エラーを低減できるため信頼性を向上できる。
【００３８】
なお、ここでは、光通信装置における光送信装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの適用例に限られるものではなく、変調回路およびＡＰＣ回路を含む発光素子駆動回路を用いる装置全般に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明が適用される光通信装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図５】従来例に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。
【図６】発光素子の温度特性を示す図である。
【図７】発光素子の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０，６１…発光素子、２０…変調回路、２１…バッファ、２２，２３…差動対トランジスタ、２６，２７，２８，２９…変調電流源、３０，８１…受光素子、４０…ＡＰＣ回路、４１…バイアス電流源、５１…変調電流設定回路、５２…温度センサ、５３…メモリ部、６０…光送信装置、６２…発光素子駆動か色、７０…光伝送媒体、８０…光受信装置
【図１】
2006253266.tif 000003
【図２】
2006253266.tif 000004
【図３】
2006253266.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006253266.tif 000007
【図６】
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【図７】
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