(57)【要約】【課題】メモリ容量を増やすことなく高温側における光出力パワー及び消光比の制御精度を向上させたＡＰＣ駆動回路を提供すること。【解決手段】温度検出部３からの出力電圧が、温度Ｔに対して指数関数的に変化するようにする。このような出力電圧を、アナログ−デジタルコンバータ４を用いてデジタルコードで変換することで、レーザーダイオード８の温度特性変化の大きい高温側ではデジタルコードの温度ステップが細かくなるため、トータルのメモリ容量を増やすことなく、レーザーダイオードの駆動精度を上げることができる。【選択図】        図１
2008270287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲温度を検出し周囲温度に対応する電圧を出力する温度検出部と、
この温度検出部の出力電圧をデジタルコードに変換するアナログ−デジタルコンバータと、
レーザーダイオードに供給される駆動電流に関する温度特性データを記憶するメモリと、
前記温度検出部で検出された温度に対応するデジタルデータを前記メモリより読み出し電流または電圧に変換するデジタル−アナログコンバータと、
このデジタル−アナログコンバータから出力される電流または電圧が供給され前記レーザーダイオードを駆動するための駆動電流を出力するドライバ回路と、
を備え、
前記アナログ−デジタルコンバータから出力されるデジタルコードは、前記周囲温度に対して指数関数的に変化することを特徴とするＡＰＣ駆動回路。
【請求項２】
前記温度検出部の出力電圧は、前記周囲温度に対して指数関数的に変化することを特徴とする請求項１に記載のＡＰＣ駆動回路。
【請求項３】
周囲温度を検出し周囲温度に対応する電圧を出力する温度検出部と、
この温度検出部の出力電圧をデジタルコードに変換するアナログ−デジタルコンバータと、
レーザーダイオードに供給される駆動電流に関する温度特性データを記憶するメモリと、
前記温度検出部で検出された温度に対応するデジタルデータを前記メモリより読み出し電流または電圧に変換するデジタル−アナログコンバータと、
このデジタル−アナログコンバータから出力される電流または電圧が供給され前記レーザーダイオードを駆動するための駆動電流を出力するドライバ回路と、
を備え、
前記アナログ−デジタルコンバータから出力されるデジタルコードの前記周囲温度に対する変化率は、所定の温度を境界として、低温側におけるよりも高温側においてより大きいことを特徴とするＡＰＣ駆動回路。
【請求項４】
前記温度検出部の出力電圧の前記周囲温度に対する変化率は、所定の温度を境界として、低温側におけるよりも高温側においてより大きいことを特徴とする請求項３に記載のＡＰＣ駆動回路。
【請求項５】
前記温度検出部が、前記レーザーダイオードのパッケージに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のＡＰＣ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーダイオードの光出力パワーを制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィードフォワード型ＡＰＣ駆動回路は、駆動回路に内蔵された温度センサーで周囲温度を検出し、内蔵のメモリにあらかじめ記憶してあるレーザーダイオードの温度特性データから、周囲温度に対応するデータを読み出し、レーザーダイオードの駆動電流または駆動電圧を調整して出力することで、周囲温度変化によらずに一定の光出力パワー及び消光比を得る制御を行っていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
次に、非特許文献１に記載された例について動作説明を行う。駆動回路に内蔵された温度センサーの出力電圧は、回路の温度上昇に伴い減少し、周囲温度と出力電圧との関係は負の傾きを持つ１次式で表される。
【０００４】
温度センサーの出力電圧はアナログ−デジタルコンバータによって８ｂｉｔのデジタルコードに変換・反転される。アナログ−デジタルコンバータはリニアな分解能を持つため、一定温度ステップごとにデジタルコードに変換される。
【０００５】
アナログ−デジタルコンバータで変換されたデジタルコードに対応するメモリのアドレスにあらかじめ保存されたレーザーダイオードの駆動電圧に関する温度特性データをレジスタに読み出し、デジタル−アナログコンバータの出力電圧を調整し、レーザーダイオードを駆動するための、ドライバ回路からの出力電流を調整する。
【０００６】
非特許文献１では、このような動作により、周囲温度が変化しても光出力パワーと消光比を一定に保つ技術について記載されている。
【０００７】
また、特許文献１では、フィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザーダイオード駆動装置において、周囲温度に対応させて、レーザーダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とについて、それぞれ特性の異なるデータを記憶する複数のメモリが接続されたメモリ制御回路が設けられており、マーク率の変動による光出力パワーの変動をフィードフォワードで制御している。すなわち、メモリ制御回路は、マーク率に応じて、複数のメモリの中から使用するメモリを選択し、周囲温度に応じてレーザーダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とを呼び出し、パルス駆動電流とバイアス駆動電流を調整している。また、複数のメモリごとに、温度と駆動電流の傾き特性を変化させる構成を開示している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３７６４９号公報
【非特許文献１】ＡＫ２５７０カタログ「ＡＫ２５７０  光伝送用フィードフォワード型ＡＰＣ回路」  旭化成マイクロシステム
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術によれば以下に示すような問題点があった。
【００１０】
従来のフィードフォワード型ＡＰＣ駆動回路では、あらかじめメモリに記憶してあるレーザーダイオードの温度特性データを、周囲温度に対応して読み出すことでＡＰＣ駆動を行っているが、メモリに記憶されているレーザーダイオードの温度特性データは、動作温度範囲全体にわたって、ある一定の温度ステップごとのデータが記憶されていた。
【００１１】
しかし、通常のレーザーダイオードは温度が上昇するにしたがい、レーザーダイオードの閾値電流は上昇し、外部微分量子効率は減少する。その変化率は高温になるほど大きくなるため、一定温度ステップごとにレーザーダイオードの駆動条件を制御する従来のＡＰＣ駆動回路では高温側での制御精度が劣化し、光出力パワー及び消光比のばらつきが大きくなると言う問題点があった。
【００１２】
また、温度ステップを細かくすることが制御精度を向上させるには有効であるが、この場合メモリに記憶するデータ量が温度ステップを細かくするほど大きくなるため、メモリ容量を増やす必要があり駆動回路のコストが増大するという問題が発生する。例えば、特許文献１では、複数のメモリを設け、メモリごとに温度と駆動電流の傾き特性を変化させているが、このような構成ではコストが増大するという問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、メモリ容量を増やすことなく高温側における光出力パワー及び消光比の制御精度を向上させたＡＰＣ駆動回路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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるＡＰＣ駆動回路は、周囲温度を検出し周囲温度に対応する電圧を出力する温度検出部と、この温度検出部の出力電圧をデジタルコードに変換するアナログ−デジタルコンバータと、レーザーダイオードに供給される駆動電流に関する温度特性データを記憶するメモリと、前記温度検出部で検出された温度に対応するデジタルデータを前記メモリより読み出し電流または電圧に変換するデジタル−アナログコンバータと、このデジタル−アナログコンバータから出力される電流または電圧が供給され前記レーザーダイオードを駆動するための駆動電流を出力するドライバ回路と、を備え、前記アナログ−デジタルコンバータから出力されるデジタルコードは、前記周囲温度に対して指数関数的に変化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、周囲温度をデジタルコードに変換する際、デジタルコードの１ステップに対応する温度ステップを、低温側よりも高温側で細かくなるようにすることで、周囲温度変化に対するレーザーダイオードの光出力パワーと消光比を精度よく制御することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかるＡＰＣ駆動回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態にＡＰＣ駆動回路の構成を示す図である。図１において、フィードフォワード型ＡＰＣ駆動回路１は、レーザーダイオード８を駆動する駆動電流を供給するドライバ回路２と、周囲温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力する温度検出部３と、温度検出部３から出力された電圧をデジタルコードに変換するアナログ−デジタルコンバータ４と、あらかじめレーザーダイオード８の駆動電流に関する温度特性データが記憶されたメモリ５と、温度検出部３にて検出された温度に対応する温度特性データをメモリ５から読み込み、ドライバ回路２に駆動電流または駆動電圧を出力するデジタル−アナログコンバータ６及び７と、を備えている。デジタルコンバータ６は変調電流Ｉｍｏｄを供給し、デジタル−アナログコンバータ７はバイアス電流Ｉｂを供給し、ドライバ回路２を介してレーザーダイオード８に駆動電流が供給される。
【００１８】
次に、本実施形の形態の動作を説明する。図２は、レーザーダイオードの電流−光出力特性を示す図であり、温度がそれぞれ、ＴL（低温）、ＴM（室温）、ＴH（高温）での特性を示している。図中のＩｔｈL、ＩｔｈM、ＩｔｈH及びＩｍｏｄL、ＩｍｏｄM、ＩｍｏｄHは、それぞれＴL、ＴM、ＴHでの閾値電流と変調電流を示す。近年のシステムでは消光比が大きくとられるため、バイアス電流値はほぼ閾値電流値付近に設定される。そのため、本実施の形態では、閾値電流とバイアス電流は等しいとする。閾値電流及び変調電流は高温になるほど大きくなる。レーザーダイオードの閾値電流は、そのレーザーダイオードに固有の特性温度Ｔ0を用いて下記の（１）式で表される。
【００１９】
Ｉｔｈ（Ｔ）＝Ｉｔｈ1×ｅｘｐ［（Ｔ−Ｔ1）／Ｔ0］                ・・・（１）
【００２０】
ここで、Ｔは温度、Ｉｔｈ1は温度Ｔ1における閾値電流値である。（１）式より分かるように閾値電流は温度上昇に対して指数関数的に増大する。レーザーダイオードの外部微分量子効率が温度とともに減少し、その温度に対する変化率は低温側よりも高温側で大きくなるため、変調電流の温度に対する変化率は高温側で大きくなる。
【００２１】
閾値電流が温度に対し指数関数的に上昇するため、レーザーダイオードを精度良く制御するためには、高温度側では細かい温度ステップを設定し、この温度ステップごとにレーザーダイオードの駆動電流を変化させる必要がある。そこで、本実施の形態では、図３−１に示すように、温度検出部３からの出力電圧Ｖｔｅｍｐ［Ｖ］が温度Ｔ［℃］に対して指数関数的に変化するようにし、リニアな分解能をもつアナログ−デジタルコンバータ４を用いてデジタルコードに変換することで、図３−２に示すように、アナログ−デジタルコンバータ４から出力されるデジタルコードの変化が高温になるほど細かい温度ステップで変化させることができる。
【００２２】
図４には、温度検出部３の構成例を示す。温度検出には、温度が上昇するにつれて抵抗値が下がるＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）型のサーミスタ９と、固定抵抗１０との直列接続からなり、高電圧側にサーミスタ９、低電圧側に固定抵抗１０としたときの分割電圧を出力とする。ＮＴＣ型のサーミスタ９の抵抗値は下記の（２）式で示される。
【００２３】
Ｒｓ＝Ｒ1×ｅｘｐ［Ｂ（１／Ｔ−１／Ｔ1）］                      ・・・（２）
【００２４】
ここで、Ｒ1は温度Ｔ1の時の抵抗値、Ｂは定数である。温度検出部３からの出力電圧は、Ｖｃｃを定数電圧として、
Ｖｔｅｍｐ＝Ｖｃｃ×Ｒ／（Ｒ＋Ｒｓ）                              ・・・（３）
となるから、温度が上昇しサーミスタ９の抵抗値が下がると出力電圧は上昇し、固定抵抗１０の抵抗値とサーミスタ９のパラメータを選ぶことで、温度変化に対して出力電圧を指数関数的に変化させることができる。
【００２５】
本実施の形態によれば、上記の動作をすることで、レーザーダイオードの温度特性変化の小さい低温側ではデジタルコード変化（例えば、１ステップ）に対する温度ステップは荒く、温度特性変化の大きい高温側ではデジタルコードコード変化（例えば、１ステップ）に対する温度ステップが細かくなるため、トータルのメモリ容量を増やすことなくレーザーダイオードを駆動する精度を上げることができる。なお、上記の（１）式から、温度検出部３からの出力電圧の温度に対する依存性を指数関数的に設定することが好ましいが、一般に高温側における変化率が低温側における変化率よりも大きければよく、この条件を満たせば指数関数に限らず、他の関数形を利用することもできる。
【００２６】
実施の形態２．
実施形態１では、温度検出部３からの出力電圧を、温度に対して指数関数的に変化させることによって、高温度になるほどデジタルコードの１ステップに対する温度ステップが細かくなるようにして、制御精度を高めているが、ある温度を境に低温側と高温側で温度ステップを切り替えることでも制御精度を高めることができる。
【００２７】
図５−１は、本実施の形態の温度検出器から出力される出力電圧と周囲温度との関係を示すグラフ、図５−２は、アナログ−デジタルコンバータで変換されたデジタルコードと周囲温度との関係を示すグラフである。低温側では周囲温度の変化に対する出力電圧変化が小さく、設定温度を境に高温側では出力電圧変化が大きくなる。この温度検出器からの出力をリニアな分解能を持つアナログ−デジタルコンバータでデジタルコードに変換することで、低温側ではデジタルコード１ステップ分の温度ステップが大きく、設定温度を境に高温側ではデジタルコード１ステップ分の温度ステップを小さくすることができる。
【００２８】
図６は、本実施の形態における温度検出部の構成例を示す図である。温度検出部は、周囲温度を電圧に変換する温度変換部１１と、この温度変換部１１からの出力電圧の傾きを、設定温度を境に変化させる関数発生回路２２と、を備えて構成される。
【００２９】
温度変換部１１は、例えば図６のように、ダーリントン接続されたｎｐｎ型トランジスタ１２〜１４に定電流源１５で一定電流を流す構成とすることができる。トランジスタのベース−エミッタ間電圧は温度によって約−２ｍＶ／℃変化することを利用して、温度上昇とともに温度検出器１１の出力電圧Ｖｓが約６ｍＶ／℃上昇する出力を得ることができる。
【００３０】
関数発生回路２２は、オペアンプ２１の＋入力をグランドに接地し、−入力に抵抗１６〜１９とダイオード２０を図６の用に接続する構成とすることができる。ダイオード２０に加わる電圧は下記の（４）式
Ｖｓ＝Ｒ1／Ｒ2×ＶB                                              ・・・（４）
のとき０（Ｖ）となる。入力電圧Ｖｓが（４）式の値よりも大きくなるとダイオード２０はターンオンし、抵抗１６に並列に抵抗１８が入った形になるため、この点を境に増幅度が変化することで出力電圧Ｖｏの傾きが変化する。出力電圧Ｖｏの傾きは（４）式の電圧値を境に下記の（５）式から（６）式に示すように変化する。
【００３１】
Ｖｏ＝−（Ｒｆ／Ｒｓ）×Ｖｓ                                    ・・・（５）
Ｖｏ＝−（１／Ｒｓ＋１／Ｒ1）×Ｒｆ×Ｖｓ                        ・・・（６）
【００３２】
このとき、抵抗１７の抵抗値Ｒｆ、抵抗１６の抵抗値Ｒｓ、および抵抗１８の抵抗値Ｒ1の値を、下記の（７）式を満たすように選択する。
【００３３】
Ｒｆ／Ｒｓ＜（１／Ｒｓ＋１／Ｒ1）×Ｒｆ                          ・・・（７）
【００３４】
本実施の形態によれば、温度検出部からの出力電圧Ｖｏを、リニアな分解能を持つアナログ−デジタルコンバータでデジタルコードに変換することで、ある設定温度を境に、低温側ではデジタルコードの１ステップに対する温度ステップが大きく、高温側ではデジタルコードの１ステップに対する温度ステップを小さくすることができる。なお、温度検出部の構成を除く、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３５】
また、図６の構成では温度検出部の出力電圧Ｖｏは負の値であるが、温度検出部の次段に全波整流回路を配置して出力電圧の絶対値を取り出し、正の値に変換してからデジタルコードに変換することも可能である。
【００３６】
実施の形態３．
図７は、本実施の形態にかかるＡＰＣ駆動回路３１の構成を示す図である。本実施の形態においては、温度検出部３３がレーザーダイオード８のパッケージに取り付けられており、ＡＰＣ駆動回路の温度ではなくレーザーダイオードの温度を検出する構成になっている。なお、その他の構成および動作は、実施の形態１または２と同様であり、図７においては、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００３７】
ＡＰＣ駆動回路の温度とレーザーダイオードの温度はそれぞれの自己発熱の影響で実際には異なるため、レーザーダイオードの温度を用いてＡＰＣ駆動回路を制御するほうがより高精度に光出力パワーと消光比を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１にかかるＡＰＣ駆動回路の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１において、レーザーダイオードの電流−光出力特性を示す図である。
【図３−１】実施の形態１において、温度検出部からの出力電圧Ｖｔｅｍｐの温度依存性を示す図である。
【図３−２】実施の形態１において、アナログ−デジタルコンバータから出力されるデジタルコードの温度依存性を示す図である。
【図４】実施の形態１における温度検出部の構成例を示す図である。
【図５−１】実施の形態２の温度検出器から出力される出力電圧と周囲温度との関係を示す図である。
【図５−２】実施の形態２のアナログ−デジタルコンバータで変換されたデジタルコードと周囲温度との関係を示す図である。
【図６】実施の形態２における温度検出部の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態３にかかるＡＰＣ駆動回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，３１  フィードフォワード型ＡＰＣ駆動回路
２  ドライバ回路
３，３３  温度検出部
４  アナログ−デジタルコンバータ
５  メモリ
６、７  デジタル−アナログコンバータ
８  レーザーダイオード
９  サーミスタ
１０  固定抵抗
１１  温度変換部
１２〜１４  トランジスタ
１５  定電流源
１６〜１９  抵抗
２０  ダイオード
２１  オペアンプ
２２  関数発生回路
【図１】
2008270287.tif 000003
【図２】
2008270287.tif 000004
【図３−１】
2008270287.tif 000005
【図３−２】
2008270287.tif 000006
【図４】
2008270287.tif 000007
【図５−１】
2008270287.tif 000008
【図５−２】
2008270287.tif 000009
【図６】
2008270287.tif 000010
【図７】
2008270287.tif 000011