(57)【要約】【課題】発光素子の温度変動に伴う光出力の低下を補う駆動回路の過度な動作を抑制し、発光素子の最適な駆動状態を維持するようにして経年変化による劣化を未然に回避できる発光素子駆動回路の提供。【解決手段】最大駆動電流設定回路１６は、発光素子１１の検出温度に基づいてその発光素子１１に流す最大駆動電流を設定する。制限値設定回路１７は、光出力自動制御回路１５が発光素子１１の発光量を制御する際に、発光素子１１の電流が最大駆動電流設定回路１６で設定された最大駆動電流になるようにするための制限電圧を、その設定された最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限電圧を光出力自動制御回路１５が制御する際の電流制限電圧として光出力自動制御回路１５に設定する。【選択図】  図１
2006128305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する発光素子と、
前記発光素子に駆動電流を流すための駆動回路と、
前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、
前記発光素子の発する光を受光する受光素子と、
前記受光素子からの電流により前記発光素子の発光状態を検出し、この検出値を基準値と比較し、この比較結果に応じて前記駆動回路が流す駆動電流および前記バイアス電流回路が供給するバイアス電流をそれぞれ制御する光出力自動制御回路と、
前記発光素子の検出温度に基づいて前記発光素子に流す所定の最大駆動電流を設定する最大駆動電流設定回路と、
前記光出力自動制御回路が前記発光素子の発光量を制御する際に、前記駆動電流が前記最大駆動電流設定回路で設定された最大駆動電流を超えないようにするための制限値を、前記最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限値を前記光出力自動制御回路の電流制限値として前記光出力自動制御回路に設定する制限値設定回路と、
を備えていることを特徴とする発光素子駆動回路。
【請求項２】
前記最大駆動電流設定回路は、前記最大駆動電流を、電源の投入時、または必要に応じて設定するようになってい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。
【請求項３】
光を発生する発光素子と、
前記発光素子に駆動電流を流す駆動回路と、
前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、
前記発光素子の発する光を受光する受光素子と、
前記受光素子からの電流により前記発光素子の発光状態を検出し、この検出値を基準値と比較し、この比較結果に応じて前記駆動回路が流す駆動電流および前記バイアス電流回路が供給するバイアス電流をそれぞれ制御する光出力自動制御回路と、
前記光出力自動制御回路の制御を停止させた状態で、前記バイアス電流回路のバイアス電流を変化させ、そのバイアス電流の変化に応じた前記受光素子からの電流により前記発光素子の発光量を検出し、この検出発光量に基づき、前記発光素子の最大駆動電流を求める最大駆動電流検出回路と、
前記光出力自動制御回路が前記発光素子の発光量を制御する際に、前前記最大駆動電流検出回路で求めた最大駆動電流を超えないようにするための制限値を、前記最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限値を前記光出力自動制御回路の電流制限値として前記光出力自動制御回路に設定する制限値設定回路と、
を備えていることを特徴とする発光素子駆動回路。
【請求項４】
前記最大駆動電流検出回路は、前記最大駆動電流を、電源の投入時、または必要に応じて求めるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザなどの発光素子を駆動する発光素子駆動回路に関し、特に、光通信システムの中の光送信装置に使用される発光素子駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの光送信装置に使用される半導体レーザなどの発光素子は、光出力が温度によって変化するという温度依存性を有している。
このため、従来の発光素子駆動回路は、発光素子の光出力を一定にするために、発光素子の光出力をモニタ回路で検出し、この検出値が一定になるようにバイアス電流回路のバイアス電流と駆動回路の駆動電流（パルス電流）とをそれぞれ制御する光出力制御御回路（ＡＰＣ回路）を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、従来の発光素子駆動回路では、発光素子の光出力の低下を補うために、発光素子にとって過度な動作状態になっても、所望の光出力が得られるまで駆動回路の駆動能力を大きくしている。すなわち、従来は、発光素子の光出力を制御すると、駆動回路が過度の負荷状態において発光素子を駆動することになり、経年変化による発光素子の劣化を招くという弊害がある。
【特許文献１】特開平７−１４７４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、発光素子の温度変動などに伴う光出力の低下を補う駆動回路の過度な動作を抑制して、発光素子の最適な駆動状態を維持するようにして経年変化による劣化を未然に回避できる発光素子駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、光を発生する発光素子と、前記発光素子に駆動電流を流すための駆動回路と、前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、前記発光素子の発する光を受光する受光素子と、前記受光素子からの電流により前記発光素子の発光状態を検出し、この検出値を基準値と比較し、この比較結果に応じて前記駆動回路が流す駆動電流および前記バイアス電流回路が供給するバイアス電流をそれぞれ制御する光出力自動制御回路と、前記発光素子の検出温度に基づいて前記発光素子に流す所定の最大駆動電流を設定する最大駆動電流設定回路と、前記光出力自動制御回路が前記発光素子の発光量を制御する際に、前記最大駆動電流設定回路で設定された最大駆動電流を超えないようにするための制限値を、前記最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限値を前記光出力自動制御回路の電流制限値として前記光出力自動制御回路に設定する制限値設定回路と、を備えている。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明において、前記最大駆動電流設定回路は、前記最大駆動電流を、電源の投入時、または必要に応じて設定するようになっている。
第３の発明は、光を発生する発光素子と、前記発光素子に駆動電流を流す駆動回路と、前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、前記発光素子の発する光を受光する受光素子と、前記受光素子からの電流により前記発光素子の発光状態を検出し、この検出値を基準値と比較し、この比較結果に応じて前記駆動回路が流す駆動電流および前記バイアス電流回路が供給するバイアス電流をそれぞれ制御する光出力自動制御回路と、前記光出力自動制御回路の制御を停止させた状態で、前記バイアス電流回路のバイアス電流を変化させ、そのバイアス電流の変化に応じた前記受光素子からの電流により前記発光素子の発光量を検出し、この検出発光量に基づき、前記発光素子の最大駆動電流を求める最大駆動電流検出回路と、前記光出力自動制御回路が前記発光素子の発光量を制御する際に、前記最大駆動電流検出回路で求めた最大駆動電流を超えないようにするための制限値を、前記最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限値を前記光出力自動制御回路の電流制限値として前記光出力自動制御回路に設定する制限値設定回路と、を備えている。
【０００７】
第４の発明は、第３の発明において、前記最大駆動電流検出回路は、前記最大駆動電流を、電源の投入時、または必要に応じて求めるようになっている。
以上のような構成からなる本発明によれば、発光素子の温度変動などに伴う光出力の低下を補う駆動回路の過度な動作を抑制し、発光素子の最適な駆動状態を維持するようにして経年変化による劣化を未然に回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の発光素子駆動回路の第１実施形態の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
この第１実施形態に係る発光素子駆動回路は、図１に示すように、発光素子１１と、駆動回路１２と、バイアス電流回路１３と、受光素子１４と、光出力自動制御回路１５と、最大駆動電流設定回路１６と、制限値設定回路１７と、を少なくとも備えている。
【０００９】
発光素子１１は、光を発生する発光素子であって、例えば通信などに使用される半導体レーザ（レーザダイオード）であり、電流（駆動電流）と光出力との関係は図４に示すようになっている。この発光素子１１は、その一端側が正の電源に接続され、その他端側が駆動回路１２およびバイアス電流回路１３に接続されている。
駆動回路１２は、発光素子１１に駆動電流（例えば、通信に応じたパルス電流）を流して駆動させる回路であり、その駆動電流の大きさが制御可能に構成される。バイアス電流回路１３は、発光素子１１にバイアス電流（直流電流）を供給する回路であり、そのバイアス電流の大きさが制御可能に構成される。受光素子１４はフォトダイオードなどからなり、発光素子１１の発光を検出し、その検出に応じた受光電流を生成するようになっている。
【００１０】
光出力自動制御回路１５は、発光素子１１の発光が温度変化などにかかわらず一定になるように、例えば、受光素子１４の受光電流に基づいてモニタ電圧を生成し、そのモニタ電圧と基準電圧（図示せず）との差を求め、その差に応じて駆動回路１２の駆動電流およびバイアス電流回路１３のバイアス電流の大きさをそれぞれ制御するようになっている。また、後述のように制限値設定回路１７により設定される電流制限値により、前記駆動電流および前記バイアス電流の電流に制限をかけるようになっている。
【００１１】
最大駆動電流設定回路１６は、発光素子１１の検出温度に基づいてその発光素子１１に流す最大駆動電流を設定する回路である。
ここで、発光素子１１の出力特性は温度依存性があり、例えば図４に示すように予めわかっている。また、その出力特性は、図４に示すように電流の増加に対して光出力が飽和してしまう性質がある。
【００１２】
そこで、発光素子１１の各温度に応じた各最大駆動電流が、図４に示す曲線ａ上にくるように予め決めておき、発光素子１１の検出温度に応じてその決めてある各最大駆動電流を設定することができる。
ここで、発光素子１１の最大駆動電流とは、図４に示すように、発光素子１１の出力が飽和する以前の所定の電流値である。
【００１３】
この最大駆動電流設定回路１６は、電源の投入時、または必要に応じてその最大駆動電流を自動的に設定するようになっている。ここで、必要に応じてとは、例えば、使用開始後の所定の時間毎、温度の所定以上の変化時などである。
制限値設定回路１７は、光出力自動制御回路１５が発光素子１１の発光量を制御する際に、発光素子１１の電流が最大駆動電流設定回路１６で設定された最大駆動電流になるようにするための制限電圧を、その最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限電圧を光出力自動制御回路１５が制御する際の電流制限電圧として光出力自動制御回路１５に設定する回路である。
【００１４】
次に、図１に示す最大駆動電流設定回路１６の具体的な構成の一例について、図２を参照して説明する。
最大駆動電流設定回路１６は、図２に示すように、温度センサ１６１と、Ａ／Ｄ変換回路１６２と、記憶回路（メモリ）１６３とから構成される。
温度センサ１６１は、発光素子１１の温度を検出し、この検出温度に応じたアナログ形態の出力信号を出力するセンサである。Ａ／Ｄ変換回路１６２は、温度センサ１６１の出力信号をデジタル信号にアナログ−デジタル変換する回路である。
【００１５】
記憶回路１６３は、Ａ／Ｄ変換回路１６２の出力であるデジタル値をアドレス信号として、そのアドレス信号に対応する番地に、発光素子１１に流す最大駆動電流のデジタル値を予め格納してあるＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）などのメモリである。従って、記憶回路１６３は、温度センサ１６１の検出温度に対応する発光素子１１の最大駆動電流を出力するようになっている。
【００１６】
次に、図１に示す制限値設定回路１７の具体的な構成の一例について、図３を参照して説明する。
この制限値設定回路１７は、図３に示すように、並列接続されるｎ個のＮ型のＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍｎと、このｎ個のＭＯＳトランジスタＭ−１〜Ｍ−ｎの共通の負荷となるＰ型のＭＯＳトランジスタＭ１１と、を備えている。
【００１７】
さらに詳述すると、ＭＯＳトランジスタＭ−１〜Ｍ−ｎは、各ソースが接地され、各ドレインが共通接続されて、その共通接続部がＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインおよびゲートに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ−１〜Ｍ−ｎの各ゲートには、図２に示す記憶回路１６３からのＮビットのデジタルデータ（ＨレベルまたはＬベルのデータ）がそれぞれ供給されるようになっている。
【００１８】
ＭＯＳトランジスタＭ１１は、ゲートとドレインが共通接続され、その共通接続部が出力端子ＯＵＴに接続され、ソースが電源に接続されている。そして、その出力端子１７１の出力電圧を、光出力自動制御回路１５が制御する際の上記の電流制限電圧として、光出力自動制御回路１５に設定するようになっている。
このような構成からなる制限値設定回路１７では、ＭＯＳトランジスタＭ−１〜Ｍ−ｎが、記憶回路１６３からのＮビットのデジタルデータでオンオフ制御され、これによりＭＯＳトランジスタＭ１１に流れる電流が決まり、この電流に比例する電圧が出力端子１７１から出力電圧として出力される。
【００１９】
次に、このような構成からなる第１実施形態の動作について、図１〜図４を参照して説明する。ここから
例えば、電源の投入時に、図１に示す最大駆動電流設定回路１６は、発光素子１１の測定温度に基づいてその発光素子１１に流す最大駆動電流を設定する。
制限値設定回路１７は、光出力自動制御回路１５が発光素子１１の発光量を制御する際に、発光素子１１の電流が最大駆動電流設定回路１６で設定された最大駆動電流になるようにするための制限電圧を、その設定された最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限電圧を光出力自動制御回路１５が制御する際の電流制限電圧として光出力自動制御回路１５に設定する。
【００２０】
光出力自動制御回路１５は、受光素子１４の受光電流に基づいてモニタ電圧を生成し、そのモニタ電圧と基準電圧（図示せず）との差を求め、その差に応じて駆動回路１２の駆動電流およびバイアス電流回路１３のバイアス電流の大きさをそれぞれ制御する。また、制限値設定回路１７で設定される電流制限値により、前記駆動電流および前記バイアス電流の電流に制限をかける制御もする。
【００２１】
さらに詳述すると、例えば電源の投入時には、図２に示す温度センサ１６１が、発光素子１１の温度を検出し、この検出温度に応じたアナログ形態の出力信号を出力する。Ａ／Ｄ変換回路１６２は、温度センサ１６１の出力信号をデジタル信号にアナログ−デジタル変換する。
記憶回路１６３は、Ａ／Ｄ変換回路１６２の出力であるデジタル値をアドレス信号として、そのアドレス信号に対応する番地に予め格納される発光素子１１に流す最大駆動電流のデジタル値を読み出す。
【００２２】
その読み出されたデジタル信号で、図３に示す制限値設定回路１７のＭＯＳトランジスタＭ−１〜Ｍ−ｎが、オンオフ制御され、これによりＭＯＳトランジスタＭ１１に流れる電流が決まり、この電流に比例する電圧が出力端子１７１から出力電圧として出力される。その出力電圧は、光出力自動制御回路１５が駆動回路１２の駆動電流を制御する際に、最大駆動電流とするための制限電圧となる。そこで、その制限電圧を、光出力自動制御回路１５の上記の電流制限電圧として供給する。
【００２３】
以上説明した第１実施形態によれば、発光素子１１の温度変動に伴う光出力の低下を補う駆動回路１２の過度な動作を抑制し、発光素子１１の最適な駆動状態を維持するようにして経年変化による劣化を未然に回避できる。
【００２４】
（第２実施形態）
本発明の発光素子駆動回路の第２実施形態の構成について、図１および図５〜図７を参照して説明する。
この第２実施形態に係る発光素子駆動回路は、図１に示す第１実施形態を基本とし、図１に示す最大駆動電流設定回路１６および制限値設定回路１７の具体的な構成を、図５および図７に示すようなアナログ回路で構成したものである。以下に、その具体的な構成を主に説明する。
第２実施形態に係る最大駆動電流設定回路１６は、図５に示すように、温度センサ１６４と、差動増幅器１６５と、Ｐ型のＭＯＳトランジスタＭ５１，Ｍ５２と、Ｎ型のＭＯＳトランジスタＭ５３，Ｍ５４，Ｍ５５と、抵抗Ｒと、出力端子１６６とを備えている。
【００２５】
温度センサ１６４は図１に示す発光素子１１の温度を検出するセンサであり、その温度と出力電圧との関係は図６に示すようになっている。例えば、その関係は図４に示す曲線ａの傾きに対応している。
差動増幅器１６５、ＭＯＳトランジスタＭ５３、および抵抗Ｒからなる回路により、抵抗Ｒの両端に温度センサ１６４の出力電圧Ｖｔｃが発生し、抵抗ＲにはＶｔｃ／Ｒの電流が流れるようになっている。また、ＭＯＳトランジスタＭ５１，Ｍ５２はカレントミラーを構成しているので、その抵抗Ｒに流れる電流がＭＯＳトランジスタＭ５５に流れ、出力端子１６６からはその電流に比例する出力電圧が得られる。すなわち、ある温度において発光素子１１の図４に示すように予めわかっている特性を参照し、Ｖｔｃ／Ｒの電流値が発光素子１１の出力が飽和する以前の所定の電流値と等しくなるように設定する。
【００２６】
第２実施形態に係る制限値設定回路１７は、図７に示すように、入力用のＮ型のＭＯＳトランジスタＭ７１と、そのＭＯＳトランジスタＭ７１に負荷として直列に接続されるＰ型のＭＯＳトランジスタＭ７２と、出力端子１７３と、を備えている。
ＭＯＳトランジスタＭ７１のゲートには、図５示す最大駆動電流設定回路１６の出力端子１６６の出力電圧が入力され、これによりＭＯＳトランジスタＭ７１に流れる電流値が制御されるようになっている。
【００２７】
このため、ＭＯＳトランジスタＭ７２には、温度センサ１６４の検出温度に応じた発光素子１１の最大駆動電流が流れ、出力端子１７３からはその最大駆動電流に比例した出力電圧（制限電圧）が得られ、これが光出力自動制御回路１５が発光素子１１の発光量を制御する際の電流制限電圧として設定される。
以上のような構成からなる第２実施形態によれば、第１実施形態と同様な効果を実現できる。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の発光素子駆動回路の第３実施形態の構成について、図８を参照しながら説明する。
この第３実施形態に係る発光素子駆動回路は、図８に示すように、発光素子２１と、駆動回路２２と、バイアス電流回路２３と、受光素子２４と、光出力自動制御回路２５と、最大駆動電流検出回路２６と、制限値設定回路２７と、を少なくとも備えている。
発光素子２１は、光を発生する発光素子であって、例えば通信などに使用される半導体レーザであり、電流と光出力との関係は図４に示すようになっている。この発光素子２１は、その一端側が正の電源に接続され、その他端側が駆動回路２２およびバイアス電流回路２３に接続されている。
【００２９】
駆動回路２２は、発光素子２１に駆動電流を流して駆動させる回路であり、その駆動電流の大きさが制御可能に構成される。バイアス電流回路２３は、発光素子２１にバイアス電流（直流電流）を供給する回路であり、そのバイアス電流の大きさが制御可能に構成される。受光素子２４は、発光素子２１の発光を検出し、その検出に応じた受光電流を生成するようになっている。
【００３０】
光出力自動制御回路２５は、発光素子２１の発光が温度変化などにかかわらず一定になるように、例えば、受光素子２４の受光電流に基づいてモニタ電圧を生成し、そのモニタ電圧と基準電圧（図示せず）との差を求め、その差に応じて駆動回路２２の駆動電流およびバイアス電流回路２３のバイアス電流の大きさをそれぞれ制御するようになっている。また、後述のように制限値設定回路２７により設定される電流制限値により、前記駆動電流および前記バイアス電流の電流に制限をかけるようになっている。
【００３１】
最大駆動電流検出回路２６は、光出力自動制御回路２５に停止信号を送ってその制御を停止させた状態で、バイアス電流回路２３のバイアス電流を変化させ、そのバイアス電流の変化に応じた発光素子２１の発光量を受光素子２４により検出し、その検出値に基づき、発光素子２１の最大駆動電流を求める回路である。
ここで、発光素子２１の出力特性は温度依存性があり、例えば図４に示すように予めわかっている。また、その出力特性は、図４に示すように電流の増加に対して光出力が飽和してしまう性質がある。
【００３２】
そこで、最大駆動電流検出回路２６は、上記のような動作により、発光素子２１の最大駆動電流として、光出力が飽和する以前の所定の電流を求めることができる。
この最大駆動電流検出回路２６は、電源の投入時、または必要に応じてその最大駆動電流を自動的に設定するようになっている。ここで、必要に応じてとは、例えば、使用開始後の所定の時間毎、温度の所定以上の変化時などである。
【００３３】
制限値設定回路２７は、光出力自動制御回路２５が発光素子２１の発光量を制御する際に、発光素子２１の電流が最大駆動電流検出回路２６で求めた最大駆動電流になるようにするための制限電圧を、その求めた最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限電圧を光出力自動制御回路２５が制御する際の電流制限電圧として光出力自動制御回路２５に設定する回路である。
【００３４】
次に、このような構成からなる第３実施形態の動作例について、図８を参照して説明する。
例えば、電源の投入時に、最大駆動電流検出回路２６は、光出力自動制御回路２５の制御を停止させた状態で、バイアス電流回路２３のバイアス電流を変化させ、そのバイアス電流の変化に応じた発光素子２１の発光量を受光素子２４により検出し、その検出値に基づき、発光素子２１の最大駆動電流を求める。
【００３５】
制限値設定回路２７は、光出力自動制御回路２５が発光素子２１の発光量を制御する際に、発光素子２１の電流が最大駆動電流検出回路２６で求めた最大駆動電流になるようにするための制限電圧を、その求めた最大駆動電流に基づいて求め、この求めた制限電圧を光出力自動制御回路２５が制御する際の電流制限電圧として光出力自動制御回路２５に対して設定する。
【００３６】
光出力自動制御回路２５は、受光素子２４の受光電流に基づいてモニタ電圧を生成し、そのモニタ電圧と基準電圧（図示せず）との差を求め、その差に応じて駆動回路２２の駆動電流およびバイアス電流回路２３のバイアス電流の大きさをそれぞれ制御する。また、制限値設定回路２７で設定される電流制限値により、前記駆動電流および前記バイアス電流の電流に制限をかける制御もする。
【００３７】
以上のような構成からなる第３実施形態によれば、第１実施形態と同様な効果を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】最大駆動電流設定回路の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】制限値設定回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図４】発光素子の電流−出力特性の一例を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態の最大駆動電流設定回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図６】温度センサの温度−出力電圧特性の一例を示す特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態の制限値設定回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図８】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１、２１・・・発光素子、１２、２２・・・駆動回路、１３、２３・・・バイアス電流回路、１４、２４・・・受光素子、１５、２５・・・光出力自動制御回路、１６・・・最大駆動電流設定回路、１７・・・制限値設定回路、２６・・・最大駆動電流検出回路
【図１】
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【図２】
2006128305.tif 000004
【図３】
2006128305.tif 000005
【図４】
2006128305.tif 000006
【図５】
2006128305.tif 000007
【図６】
2006128305.tif 000008
【図７】
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【図８】
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