(57)【要約】【課題】  広い温度範囲に渡り半導体発光素子の消光比を安定に保つことが可能で、かつ、簡易な回路構成の光出力制御回路を提供する。【解決手段】  光出力制御回路３０では、差動対部３０ａに接続された変調電流源３０ｃを構成する第３のトランジスタのソースに抵抗４２が接続されている。また、半導体発光素子１０の一電極には、バイアス電流源３０ｄが接続されている。変調電流源３０ｃには、半導体発光素子１０からの光を受けた受光素子１６ｂからの光電流に基づく変調電流設定信号が供給され、バイアス電流源３０ｄには上記の光電流に基づくバイアス電流設定信号が１以上のダイオード４４を介して供給される。抵抗４２は、電流帰還によって温度上昇に伴う変調電流の増加を低減する。ダイオード４４は、バイアス電流設定信号の電位降下を温度上昇に伴うよう増加して、バイアス電流値の増加量を増大させる。【選択図】  図２
2005079189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調電流及びバイアス電流が供給されることによって光出力を発生する半導体発光素子を制御する光出力制御回路であって、
前記半導体発光素子の光出力を受け、該光出力に基づく電気信号を出力する半導体受光素子と、
前記半導体受光素子によって出力された前記電気信号に基づいて、前記変調電流を設定する変調電流制御トランジスタと、
前記半導体受光素子によって出力された前記電気信号に基づいて、前記バイアス電流を設定するバイアス電流制御トランジスタと
を備え、
前記変調電流制御トランジスタには、該変調電流制御トランジスタに流れる電流による電流帰還が施され、
前記バイアス電流制御トランジスタには、１以上のダイオードを介して入力信号が供給される、
光出力制御回路。
【請求項２】
前記変調電流制御トランジスタは、電界効果トランジスタである、請求項１に記載の光出力制御回路。
【請求項３】
前記変調電流制御トランジスタに施される電流帰還は、該変調電流制御トランジスタと電源との間に直列接続された帰還抵抗による、請求項１に記載の光出力制御回路。
【請求項４】
前記半導体受光素子によって出力される電気信号を受けるトランスインピーダンスアンプと、
前記トランスインピーダンスアンプの出力を受ける第１の反転増幅器と、
前記第１の反転増幅器の出力を受け、前記変調電流制御トランジスタを駆動する第２の反転増幅器と、
前記第１の反転増幅器の出力を受け、前記バイアス電流制御トランジスタを前記一以上のダイオードを介して駆動する第３の反転増幅器と
を更に備える、請求項１に記載の光出力制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の光出力を制御するための光出力制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の光出力を制御するための光出力制御回路には種々のものがある。これらの光出力制御回路では、変調電流源と差動対を構成する二つのトランジスタを含む差動駆動回路において、半導体発光素子が一方のトランジスタの負荷として接続されている。また、半導体発光素子の一電極にはバイアス電流源が接続されている。さらに、半導体発光素子の温度をモニタする温度センサと、半導体発光素子の光出力を安定化するための変調電流値及びバイアス電流値の温度依存性を保持するメモリといったデバイスとが備えられている。このような構成をもつ光出力制御回路は、温度センサによって計測された半導体発光素子の温度から上記のデバイスに保持された変調電流値及びバイアス電流値を読み出して、半導体発光素子の変調電流値及びバイアス電流値を制御している（例えば、特許文献１及び２）。
【特許文献１】特開平１１−１３５８８７１号公報
【特許文献２】特開平０７−１１１３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記の光出力制御回路のようにメモリ等を用いたデジタル制御を行う回路とすることなく、半導体発光素子の光出力を制御する光出力制御回路として、半導体発光素子からの光を受ける半導体受光素子を備え、半導体受光素子からの光電流に基づく制御信号を変調電流源及びバイアス電流源に供給するものがある。ここで、光出力制御回路には、半導体発光素子の消光比の温度特性を安定に保つことが求められる。この消光比は、下式（１）によって求めることができる。下式（１）において、Ｉｍｏｄは半導体発光素子の変調電流値であり、Ｉｂｉａｓは半導体発光素子のバイアス電流値であり、Ｉｔｈは半導体発光素子の閾値電流値である。
【０００４】
【数１】
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しかしながら、上記の光出力制御回路では、温度変化に対して変調電流値及びバイアス電流値が同様の追随特性を有するため、式（１）で求められる消光比が高温及び低温で大きくなる。これは、バイアス電流の温度補償に対して、変調電流の温度補償が大きくなり過ぎるためである。
【０００５】
そこで、本発明は、広い温度範囲に渡り半導体発光素子の消光比を安定に保つことが可能で、かつ、簡易な回路構成の光出力制御回路を提供すること目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の光出力制御回路は、変調調電流及びバイアス電流が供給されることによって光出力を発生する半導体発光素子を制御する光出力制御回路であって、（ａ）半導体発光素子の光出力を受け、該光出力に基づく電気信号を出力する半導体受光素子と、（ｂ）半導体受光素子によって出力された電気信号に基づいて、変調電流を設定する変調電流制御トランジスタと、（ｃ）半導体受光素子によって出力された電気信号に基づいて、バイアス電流を設定するバイアス電流制御トランジスタとを備え、（ｅ）変調電流制御トランジスタには、該変調電流制御トランジスタに流れる電流による電流帰還が施され、（ｆ）バイアス電流制御トランジスタには、１以上のダイオードを介して入力信号が供給される。
【０００７】
この発明によれば、第１に、変調電流制御トランジスタには該変調電流制御トランジスタに流れる電流による電流帰還が作用する。したがって、変調電流制御トランジスタに流れる電流が温度上昇によって増加しても電流帰還量が増えるので、変調電流値の増加が抑制される。第２に、バイアス電流制御トランジスタには、１以上のダイオードを介して入力信号が供給される。ダイオードによる電位降下は、温度上昇に伴って小さくなる。したがって、バイアス電流制御トランジスタに供給される入力信号の温度上昇に伴うバイアス変化の割合は大きくなり、その結果、温度上昇に伴いバイアス電流値の増加の割合が大きくなる。このような第１及び第２の作用によって、温度上昇に伴い、変調電流の増加を抑制しつつ、バイアス電流の増加量を増大させることができるので、半導体発光素子の消光比の温度依存性を安定に保つことができる。
【０００８】
また、本発明の光出力制御回路においては、変調電流制御トランジスタは、電界効果トランジスタであっても良い。
【０００９】
また、本発明の光出力制御回路においては、変調電流制御トランジスタに施される電流帰還は、該変調電流制御トランジスタと電源との間に直列接続された帰還抵抗によることが好ましい。
【００１０】
抵抗は一般的に正の温度係数を有するので、帰還抵抗による電流帰還量は温度上昇に伴って増加する。したがって、温度上昇によって変調電流制御トランジスタに流れる電流が増加しても電流帰還量が増えるので、変調電流値の増加が抑制される。
【００１１】
また、本発明の光出力制御回路においては、半導体受光素子によって出力される電気信号を受けるトランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプの出力を受ける第１の反転増幅器と、第１の反転増幅器の出力を受け、変調電流制御トランジスタを駆動する第２の反転増幅器と、第１の反転増幅器の出力を受け、前記バイアス電流制御トランジスタを上記の一以上のダイオードを介して駆動する第３の反転増幅器とを更に備えても良い。
【００１２】
かかる構成によれば、第１の反転増幅器の出力は、第２の反転増幅器と第３の反転増幅器に二分される。二分された出力の一方は、第２の反転増幅器によって増幅されて変調電流制御トランジスタに供給され、他方は、第３の反転増幅器によって増幅されてバイアス電流制御トランジスタに供給される。したがって、変調電流を第２の反転増幅器の増幅率によって制御することができ、バイアス電流を第３の反転増幅器の増幅率によって制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変調電流制御トランジスタに流れる電流による電流帰還を変調電流制御トランジスタに施し、バイアス電流制御トランジスタには、１以上のダイオードを介して入力信号を供給するよう構成することによって、温度上昇に伴う変調電流の増加を抑制しつつ、バイアス電流の増加量を増大させることができるので、広い温度範囲に渡り半導体発光素子の消光比を安定に保つことが可能であり、かつ、簡易な回路構成の光出力制御回路が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態にかかる発光モジュール１を一部破断して示す斜視図である。図１に示すように、発光モジュール１は、ハウジング２と、主要部４と、光導波部６とを備える。
【００１６】
ハウジング２は、主要部４を収容するための容器である。所定軸Ｘ方向に延びる一対の側壁２ａ、所定軸Ｘに交差する前壁２ｂと後壁２ｃ、一対の側壁各々に設けられた複数のリード端子２ｄ、及び後壁２ｃに設けられた複数のリード端子２ｅを有している。
【００１７】
前壁２ｂには、所定軸Ｘ方向に延びる孔が形成されている。この孔には、ハーメチックガラスといった光学窓２ｆを保持した保持部材２ｇが取付けられている。発光モジュール１では、保持部材２ｇ及び光学窓２ｆによって上記の孔が封止されることによって、ハウジング２内の気密が確保されている。
【００１８】
主要部４は、ハウジング２に収容されている。主要部４は、ベース８と、半導体発光素子１０と、光出力制御素子１２と、配線基板１４、受光部１６とを有している。
【００１９】
ベース８は、本実施形態では、いわゆるＬキャリアである。ベース８は、所定軸Ｘに沿う搭載面８ａと、所定軸Ｘに交差する面に沿って延びるレンズ保持部８ｂとを有する。
【００２０】
搭載面８ａには、半導体発光素子１０、光出力制御素子１２、及び配線基板１４が所定軸Ｘ方向に順に並ぶように搭載されている。半導体発光素子１０は、チップキャリア１８を介して搭載面８ａに搭載されている。半導体発光素子１０は、本実施形態では、端面発光型レーザである。
【００２１】
レンズ保持部８ｂには、所定軸Ｘ方向に延びる孔が設けられている。この孔には、第１のレンズホルダ８ｃに保持された第１のレンズ８ｄが取り付けられている。
【００２２】
配線基板１４は、リード端子２ｄに電気的に接続されている。配線基板１４には、高周波入力ライン１４ａ及び１４ｂが設けられている。リード端子２ｄから供給される正相信号及び逆相信号は、高周波入力ライン１４ａ及び１４ｂを介して光出力制御素子１２に供給される。
【００２３】
また、配線基板１４上には、半導体発光素子１０らのモニタ光を受けるための受光部１６が搭載されている。受光部１６は、搭載部材１６ａと搭載部材に搭載された受光素子１６ｂとを有している。受光素子１６ｂは、半導体発光素子１０からの背面光を受け、背面光の強度に応じた光電流を出力する。
【００２４】
光出力制御素子１２は、半導体発光素子１０と電気的に接続されており、半導体発光素子１０に変調信号を供給する。半導体発光素子１０は、光出力制御素子１２から供給される変調信号によって駆動され、所定軸Ｘ方向に光を出射する。また、半導体発光素子１０は、所定軸Ｘ方向の光の出射量に応じた一定の割合の背面光を出射する。
【００２５】
半導体発光素子１０は、第１のレンズ８ｄ、光学窓２ｆを介して、光導波部６に光学的に結合されている。光導波部６は、第２のレンズホルダ６ａ、第２のレンズ６ｂ、フェルール６ｃ、スタブ６ｄ、光ファイバ６ｅ、及びカバー６ｆを有している。
【００２６】
第２のレンズホルダ６ａは、第２のレンズ６ｂを保持している。第２のレンズホルダ６ａの一端は、保持部材２ｇの一端に固定されている。第２のレンズホルダ６ａの他端には、フェルール６ｃの一端が固定されている。
【００２７】
フェルール６ｃは、光ファイバ６ｅを内孔に保持した筒状のスタブ６ｄを保持している。第２のレンズホルダ６ａ、フェルール６ｃ、スタブ６ｄ、光ファイバ６ｅは、カバー６ｆによって覆われている。かかる構成によって、半導体発光素子１０から出射された光は、第１のレンズ８ｄ、光学窓２ｆ、及び第２のレンズ６ｂを介して、光ファイバ６ｅの一端に導かれる。
【００２８】
以下、光出力制御素子１２について詳細に説明する。図２は、光出力制御素子１２に構築された光出力制御回路３０の回路図である。図２では、半導体発光素子１０、受光素子１６ｂ、光ファイバ６ｅが光出力制御回路３０とともに示されている。
【００２９】
光出力制御回路３０は、差動対部３０ａと、差動信号供給回路部３０ｂ、変調電流源３０ｃと、バイアス電流源３０ｄと、ＡＰＣ回路部３０ｅとを有する。
【００３０】
差動対部３０ａは、差動対を構成する第１のトランジスタＴｒ１と第２のトランジスタＴｒ２とを有する。本実施形態では、第１のトランジスタＴｒ１と第２のトランジスタＴｒ２として、ＦＥＴが用いられている。
【００３１】
第１のトランジスタＴｒ１の第１の端子（ドレイン）には、半導体発光素子１０の一電極（カソード）が接続されている。半導体発光素子１０の他電極（アノード）は、第１の電源線３２ａに接続されている。第１の電源線３２ａには、第２のトランジスタＴｒ２の第１の端子（ドレイン）が接続されている。
【００３２】
第１のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２各々の制御端子（ゲート）には、差動信号供給回路部３０ｂによって増幅された差動信号が供給される。差動信号供給回路部３０ｂは、入力端子３４をから差動信号３６を受け、受けた差動信号を増幅した差動信号を、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２各々の制御端子（ゲート）に供給する。
【００３３】
第１のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２各々の第２の端子（ソース）は、共通ノード３８に接続されている。共通ノード３８には、変調電流源３０ｃに備えられた第３のトランジスタ（変調電流制御トランジスタ）Ｔｒ３の第１の端子（ドレイン）に接続されている。本実施形態では、第３のトランジスタＴｒ３にＦＥＴが用いられている。
【００３４】
第３のトランジスタＴｒ３の第２の端子（ソース）は、抵抗（帰還抵抗）４２を介して、第２の電源線３２ｂに接続されている。第３のトランジスタＴｒ３の制御端子（ゲート）は、ＡＰＣ回路部３０ｅに接続されている。
【００３５】
バイアス電流源３０ｄは、第４のトランジスタ（バイアス電流制御トランジスタ）Ｔｒ４を含んでおり、第４のトランジスタＴｒ４の第１の端子（ドレイン）は、半導体発光素子１０の一電極（カソード）に接続されている。第４のトランジスタＴｒ４の制御端子（ゲート）は、直列接続された１以上のダイオード４４を介して、ＡＰＣ回路部３０ｅに接続されている。
【００３６】
ＡＰＣ回路部３０ｅは、トランスインピーダンスアンプ部４６ａと、第１の反転増幅部４６ｂと、第２の反転増幅部４６ｃと、第３の反転増幅部４６ｄとを有している。
【００３７】
トランスインピーダンスアンプ部４６ａは、アンプ４８ａと抵抗４８ｂとを有している。トランスインピーダンスアンプ部４６ａは、受光素子１６ｂに接続されており、受光素子１６ｂからの光電流Ｉｐｄを電圧信号に変換して、第１の反転増幅部４６ｂに供給する。
【００３８】
トランスインピーダンスアンプ部４６ａによって出力される信号の電圧は、抵抗４８ｂの抵抗値をＲｆとすると、−Ｉｐｄ・Ｒｆである。
【００３９】
第１の反転増幅部４６ｂは、アンプ５０ａ、抵抗５０ｂ及び５０ｃを有している。第１の反転増幅部４６ｂは、トランスインピーダンスアンプ４６ａから供給された電圧信号を反転増幅し、第２の反転増幅部４６ｃと第３の反転増幅部４６ｄとに供給する。第１の反転増幅部４６ｂによって出力される信号の電圧は、抵抗５０ｂの抵抗値をＲ１、抵抗５０ｂの抵抗値をＲ２とすると、Ｉｐｄ・Ｒｆ・Ｒ２／Ｒ１となる。
【００４０】
第２の反転増幅部４６ｃは、アンプ５２ａ、抵抗５２ｂ及び５２ｃを有している。第２の反転増幅部４６ｃは、第１の反転増幅部４６ｂによって供給された信号の電圧と基準電圧Ｖｒｅｆｍとの差分に基づく変調電流設定信号Ｖｍを、第３のトランジスタＴｒ３の制御端子に供給する。ここで、抵抗５２ｂの抵抗値Ｒ３、抵抗５２ｃの抵抗値をＲ４とすると、変調電流設定信号Ｖｍの電圧は、下式（２）による値となる。
【００４１】
【数２】
2005079189.tif 000004
第３の反転増幅部４６ｄは、アンプ５４ａ、抵抗５４ｂ及び５４ｃを有している。第３の反転増幅部４６ｄは、第１の反転増幅部４６ｂによって供給された信号の電圧と基準電圧Ｖｒｅｆｂとの差分に基づくバイアス電流設定信号を、ダイオード４４を介して、第４のトランジスタＴｒ４の制御端子に供給する。ここで、抵抗５４ｂの抵抗値Ｒ５、抵抗５４ｃの抵抗値をＲ６とすると、バイアス電流設定信号Ｖｂの電圧は、下式（３）による値となる。
【００４２】
【数３】
2005079189.tif 000005
以下、光出力制御回路３０の動作について説明する。光出力制御回路３０では、差動対を構成する第１のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２各々の制御端子に供給される差動信号に基づいて、半導体発光素子１０が光を出射する。本実施形態では、半導体発光素子１０は、前面光Ａ及び背面光Ｂを出射し、前面光Ａは、光ファイバ６ｅに導かれる。一方、背面光Ｂは、受光素子１６ｂによって受光される。ここで、半導体発光素子の基本的特性から、前面光Ａと背面光Ｂとの比は、温度等の周囲環境によらず常に一定である。
【００４３】
半導体発光素子１０からの背面光Ｂは受光素子１６ｂによって受光され、受光素子１６ｂは背面光Ｂの強度に応じた光電流Ｉｐｄを出力する。光電流Ｉｐｄは、ＡＰＣ回路部３０ｅによって、変調電流設定信号Ｖｍとされ、変調電流源３０ｃに備えられた第３のトランジスタＴｒ３の制御端子に供給される。
【００４４】
第３のトランジスタＴｒ３にドレイン−ソース間に流れる電流は、変調電流設定信号Ｖｍによって調整される。変調電流設定信号Ｖｍは、温度上昇に伴って大きくなるが、第３のトランジスタＴｒ３のソースには、抵抗４２が接続されており、第３のトランジスタＴｒ３のゲート−ソース間の電圧はこの抵抗４２による電流帰還を受ける。すなわち、抵抗４２の抵抗値をＲｍとした場合に、第３のトランジスタＴｒ３のゲート−ソース間の電圧は、Ｖｍ−ＲｍＩｍとなる。また、抵抗４２に採用される一般的な抵抗は、温度係数が正であるので、温度上昇に伴って上記の電流帰還量は大きくなる。したがって、半導体発光素子１０に流れる変調電流値の温度上昇に伴う増加量は、この電流帰還によって低減される。
【００４５】
一方、光電流Ｉｐｄは、ＡＰＣ回路部３０ｅによって、バイアス電流設定信号Ｖｂとされ、ダイオード４４を介して、バイアス電流源３０ｄに備えられた第４のトランジスタＴｒ４の制御端子に供給される。ダイオード４４による電位降下は、温度上昇に伴って減少する。したがって、温度上昇に伴ってバイアス電流設定信号Ｖｂの電位降下量は増大する。その結果、温度上昇に伴うバイアス電流Ｉｂの増加量を増大させることができる。
【００４６】
発光モジュール１では、以上のように動作する光出力制御回路３０によって、温度上昇に伴い、変調電流Ｉｍの増加量を抑制しつつ、バイアス電流Ｉｂの増加量を増大させることができるので、半導体発光素子１０の消光比を広い温度範囲に渡って安定に保つことができる。
【００４７】
図３は、発光モジュール１の消光比と、従来の発光モジュールの消光比の温度特性を示すグラフである。図３では、参照符号１００によって示される温度特性が発光モジュール１によるものであり、参照符号１０２によって示される温度特性が従来の発光モジュールによるものである。ここで、従来の発光モジュールとは、発光モジュール１の光出力制御回路３０からダイオード４４及び抵抗４２が除かれた構成を有するものである。
【００４８】
図３に示されるように、従来の発光モジュールでは、消光比が低温及び高温で上昇するが、発光モジュール１では、広い温度範囲にわたって消光比が安定に保たれている。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。すなわち、本発明は、半導体発光素子の消光比を広い温度範囲にわたって安定に保つものであり、半導体発光素子、受光素子、及び上述した光出力制御回路を備える構成の発光モジュール全てに本発明の思想が適用されうる。
【００５０】
また、上記実施形態では、第１〜第４のトランジスタとしてＦＥＴを備える構成を例示したが、バイポーラトランジスタを備える構成であっても、本発明の思想が適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる発光モジュール１を一部破断して示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる光出力制御回路の回路図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態にかかる発光モジュール１の消光比と従来の発光モジュールの消光比の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１…発光モジュール、１０…半導体発光素子、１２…光出力制御素子、１６ｂ…受光素子、３０…光出力制御回路、３０ａ…差動対部、３０ｂ…差動信号供給回路部、３０ｃ…変調電流源、３０ｄ…バイアス電流源、３０ｅ…ＡＰＣ回路部、３２ａ…第１の電源線、３２ｂ…第２の電源線、４２…抵抗、４４…ダイオード、ｒ１…第１のトランジスタ、ｒ２…第２のトランジスタ、Ｔｒ３…第３のトランジスタ、Ｔｒ４…第４のトランジスタ。
【図１】
2005079189.tif 000006
【図２】
2005079189.tif 000007
【図３】
2005079189.tif 000008