(57)【要約】 【課題】フォトダイオードのサイズが大きい場合でも、周波数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得ること。【解決手段】フォトダイオードＰＤの受光電流をインダクタンスＬを介して演算増幅器１に入力することにより、共振を起こさせてＳ／Ｎを稼ぐ。その場合に生じる周波数特性のピークを演算増幅器１の出力端と非反転入力端子の間にコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２から成るネットワークを接続することにより帰還型ダンピング回路を付加することによって、抑えることができる。これにより、フォトダイオードＰＤのサイズが大きい場合でも、周波数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子の受光電流を電圧に変換するフォトディテクターアンプであって、
電流を電圧に変換する増幅器と、
前記増幅器の入力端と前記受光素子の出力端の間に挿入されるインダクタンスと、
前記増幅器の出力端と前記インダクタンスの入力端を接続する帰還型ダンピング回路と、
を具備することを特徴とするフォトディテクターアンプ。
【請求項２】
受光素子の受光電流を電圧に変換するフォトディテクターアンプであって、
電流を電圧に変換する増幅器と、
前記増幅器の入力端と前記受光素子の出力端の間に挿入されるインダクタンスと、
前記増幅器の出力端と入力端を接続する帰還型ダンピング回路と、
を具備することを特徴とするフォトディテクターアンプ。
【請求項３】
前記帰還型ダンピング回路は、コンデンサと抵抗の直列回路であることを特徴とする請求項１または２記載のフォトディテクターアンプ。
【請求項４】
前記増幅器は演算増幅器であることを特徴とする請求項１または２記載のフォトディテクターアンプ。
【請求項５】
前記受光素子はフォトダイオードであることを特徴とする請求項１または２記載のフォトディテクターアンプ。
【請求項６】
光ディスクに１ビームのレーザー光を照射し、その際の前記光ディスクからの戻り光を受光して受光信号を得る光ディスク装置であって、
前記戻り光を受光する受光素子と、
前記受光素子の受光電流を電圧に変換する増幅器と、
前記増幅器の入力端と前記受光素子の出力端の間に挿入されるインダクタンスと、
前記増幅器の出力端と前記インダクタンスの入力端を接続する帰還型ダンピング回路と、
を具備することを特徴とする光ディスク装置。
【請求項７】
光ディスクに１ビームのレーザー光を照射し、その際の前記光ディスクからの戻り光を受光して受光信号を得る光ディスク装置であって、
前記戻り光を受光する受光素子と、
前記受光素子の受光電流を電圧に変換する増幅器と、
前記増幅器の入力端と前記受光素子の出力端の間に挿入されるインダクタンスと、
前記増幅器の出力端と入力端を接続する帰還型ダンピング回路と、
を具備することを特徴とする光ディスク装置。
【請求項８】
前記受光素子はフォトダイオードであることを特徴とする請求項６または７記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置の光ピックアップや計測用の光ピックアップなどに搭載される受光素子の受光電流を電圧に変換する共振型のフォトディテクターアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば光ディスク装置の光ピックアップでは、光ディスクへの照射光の戻り光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）の受光電流をフォトディテクターアンプで電圧に変換してから後段に出力する（例えば特許文献１参照）。図１２（Ａ）はこのトランスインピーダンス型フォトディテクターアンプの回路図で、図１２（Ｂ）は同回路にてフォトダイオードＰＤを等価回路で示したものである。図１２（Ａ）のトランスインピーダンス型フォトディテクターアンプは、主に演算増幅器１で構成され、演算増幅器１の非反転入力端子（−）にフォトダイオードＰＤのアノード側が接続されている。また、演算増幅器１の非反転入力端子側と出力端子間に帰還抵抗ＲｆとコンデンサＣｆが接続され、演算増幅器１の出力側は出力抵抗Ｒ（５０Ω）を介して出力端子２に接続されている。図１２（Ｂ）の等価回路ではフォトダイオードＰＤは電流源３と容量Ｃで表され、容量ＣはＰＤの端子間容量Ｃｔ＋演算増幅器１の入力容量Ｃｉｎで表される。
【０００３】
演算増幅器１は通常ローノイズの広帯域アンプで、これにＲｆより負帰還を掛ける事で電流電圧変換を行なわせている。演算増幅器１の周波数特性は図１３で示す如くであり、１次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）の特性を有している。そこへ抵抗ＲｆとコンデンサＣｆのフィードバック経路でさらに１次のＬＰＦを形成しているため、トランスインピーダンス型フォトディテクターアンプは、２次のＬＰＦの特性を有している。それ故、その構成値によっては周波数特性にピークを発生するので、共振Ｑを０．７程度にする必要があり、アンプのゲインバンド幅（ＧＢＷ）やフォトダイオードの動作抵抗Ｒｄの値は任意に選べないため、Ｃｆ（帰還容量）の値で共振Ｑを０．７程度に調整してピークを抑えている。
【特許文献１】特開平６−２６７０７９号公報  （第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構成のフォトディテクターアンプでは、容量Ｃ=（ＰＤの端子間容量＋アンプの入力容量）が大きくなると、伝送周波数特性の低下で信号が小さくなってしまい、Ｓ／Ｎの低下が起こる。一方、光ディスク装置では、広帯域で高Ｓ／Ｎの追求から、ＰＤのサイズを極力小型化してＰＤの端子間容量Ｃｔを小さくし、Ｒｆを大きくする方法により、Ｓ／Ｎの低下を防止している。しかし、これは、光をＰＤサイズ以下にレンズで絞れるから可能な方法であり、レンズで絞れない光源（光ピックアップの対物レンズ出力等）には用いることができず、その場合は大きなサイズのＰＤを用いなければならず、これでは、上記のＰＤの端子間容量Ｃｔを小さくし、Ｒｆを大きくする方法を実施することができず、Ｓ／Ｎが悪化する。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、フォトダイオードのサイズが大きい場合（フォトダイオードの端子間容量が大きい場合に同じ）でも、周波
数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得ることができるフォトディテクターアンプ及びこれを用いた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するため、受光素子の受光電流を電圧に変換するフォトディテクターアンプであって、電流を電圧に変換する増幅器と、前記増幅器の入力端と前記受光素子の出力端の間に挿入されるインダクタンスと、前記増幅器の出力端と前記インダクタンスの入力端を接続する帰還型ダンピング回路とを具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、受光素子の受光電流を電圧に変換するフォトディテクターアンプであって、電流を電圧に変換する増幅器と、前記増幅器の入力端と前記受光素子の出力端の間に挿入されるインダクタンスと、前記増幅器の出力端と入力端を接続する帰還型ダンピング回路とを具備することを特徴とする。
【０００８】
このように本発明では、受光素子であるフォトダイオードの受光電流をインダクタンスを介して増幅器に入力することにより、共振を起こさせて信号電流を稼ぎ、その場合に生じる周波数特性のピークを、増幅器に帰還型ダンピング回路を付加することによって抑えることで、周波数特性を平坦化することによって、フォトダイオードのサイズが大きい、即ち、フォトダイオードの出力容量が大きい場合でも、周波数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フォトダイオードの受光電流をインダクタンスを介して増幅器に入力することにより、共振を起こさせて信号電流を稼ぎ、その場合に生じる周波数特性のピークを、増幅器に帰還型ダンピング回路を付加することで抑えることにより、フォトダイオードのサイズが大きい場合でも、周波数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
フォトダイオードのサイズが大きい場合でも、周波数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得る目的を、フォトダイオードの受光電流をインダクタンスを介して増幅器に入力することにより、共振を起こさせて信号電流を稼ぎ、その場合に生じる周波数特性のピークを、増幅器に帰還型ダンピング回路を付加することによって実現した。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフォトディテクターアンプの構成を示した回路図である。フォトディテクターアンプは、演算増幅器１と、この演算増幅器１の非反転入力端子（−）に接続されるインダクタンスＬ、演算増幅器１の非反転入力端子（−）と演算増幅器１の出力端間を接続する帰還抵抗Ｒｆ１、インダクタンスＬの入力端と演算増幅器１の出力端間を接続するコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２の直列回路（ネットワーク）、演算増幅器１の出力と出力端子２を接続する抵抗Ｒを有して構成され、大きなサイズ（大きな端子間容量）のフォトダイオードＰＤのアノード側をインダクタンスＬの入力端に接続している。
【００１２】
次に本実施形態の動作について説明する。まず、フォトダイオードＰＤの等価回路を図２のように電流源３と端子間容量Ｃｔで表すと、フォトダイオードＰＤにインダクタンスＬが接続された回路は図３（Ａ）に示したように表される。この回路ではフォトダイオードＰＤのサイズが大きいため、Ｃｔは大きくなり、ｆ＝１／２π√Ｃｔ＊Ｌの周波数で共振する。また、この回路で電流をＩとすると、ＩＬがＱ倍され、Ｑ倍の光電流が流れる。実際のＱは演算増幅器１の入力インピーダンスで決まり、Ｒｉｎ＝Ｒｆ１／１＋Ｇ０となる。理想的には、ノイズレスの増幅器となる。インダクタンスＬを接地する代わりに、演算増幅器１の非反転入力端子（−）に接続しても、演算増幅器１の入力インピーダンスは十分小さいので共振を起こす。Ｌ＝１０ｕＨ、Ｃｔ＝６ｐＦ、Ｒｆ＝１５Ｋの場合、フォトディテクターアンプの測定では１０程度が得られた。
【００１３】
このままでは、上記のように共振を起こして伝送周波数特性にピークが出てしまうため、共振をダンピングして伝送特性を平坦にする必要がある。その場合、図３（Ｂ）に示したように、インダクタンスＬに抵抗Ｒ０を接続した抵抗ダンピングを用いた場合には、損出によりピークを抑えることになるため、周波数特性を補正して伝送特性を平坦にすることはできるが、Ｓ／Ｎの低下を防止することはできない。なお、図中、Ｒｉは演算増幅器１の入力抵抗を示している。
【００１４】
そこで、図３（Ｃ）に示したように、演算増幅器１の出力側とインダクタンスＬの入力側をコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２のネットワークで接続して、帰還型ダンピングを行うことで、Ｓ／Ｎの低下を０．５ｄＢ〜３．０ｄＢで済ませることができ、これにより、共振での信号増加による改善分からの差引分のＳ／Ｎが改善される。これは、帰還型ダンピングでは、損失は小さく信号電流が増加するためである。
【００１５】
上記の個別的動作説明を総括的に説明すると、フォトダイオードＰＤの受光で発生した起電流は、インダクタンスＬを通して演算増幅器１の非反転入力端子に流れ込む。演算増幅器１には抵抗Ｒｆ１により負帰還が掛っていてインピーダンスが小さく仮想接地と考えられ、フォトダイオードＰＤの端子間容量ＣｔとインダクタンスＬとの周波数で電流共振を起す。この共振でＱ倍された信号電流（ノイズ劣化が小さい）が演算増幅器１に入力されて電圧変換されるので、Ｓ／Ｎが改善される。しかし、このままでは信号出力が共振したピークのある周波数特性を示すので、演算増幅器１の出力をコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２のネットワークを介して入力に負帰還することで、共振をダンピングし、平坦な伝送周波数特性を得る。これは、帰還型のダンピングなので、Ｓ／Ｎの低下は小さく抑える事が出来る。従って挿入するインダクタンスＬの設定は、目標伝送帯域の上限以上とすれば良い。例えば、ＢＷ＝２０ＭＨｚ、Ｃｔ＝６ｐＦ時、Ｌ＝１／（２πｆ）２＊Ｃｔ＝１０ｕＨで、１０ｕＨ以下となる。また、Ｒｆ２、Ｃｆの設定は、設定伝送帯域が平坦となる値とする。
【００１６】
図４は図１に示したフォトディテクターアンプの伝送周波数特性を示した特性図である。但し、演算増幅器１は、ＧＢＷ＝４００ＭＨｚ、Ｇｏ＝６０ｄＢ、Ｃｉｎ＝１ｐＦで、フォトダイオードＰＤはＣｔ＝６ｐＦ／Ｖｒ＝２．５Ｖ、ＢＷ＝６００MHｚ／５０Ωを使用し、Ｒｆ＝１５Ｋ、Ｌ＝１０ｕＨ、Ｒｆ２＝８．２Ｋ、Ｃｆ＝７ｐＦで、ＢＷ＝２０ＭＨｚを得ようとしたものである。
【００１７】
図４中の特性線は上から、帰還無し、有りの信号の周波数特性、帰還無し、有りのノイズの周波数特性を示している。帰還無し時のＱは約１０で、帰還して２０ＭＨz の帯域を得ている。帰還ありの場合が本実施形態の特性であり、信号の周波数特性が平坦化されていることが分かる。
【００１８】
図５はＲｆ２＋Ｃｆの帰還の有無で、図１に示したフォトディテクターアンプのノイズの変化と周波数特性を示した特性図である。この特性図から、Ｓ／Ｎは、周波数が高くなると共にダンピング後の共振周波数まで改善される。Ｒｆ２＋Ｃｆを付加すると、共振周波数で約３．０ｄＢ程Ｓ／Ｎが低下するが、周波数特性は３０ＭＨｚに拡大され帯域内振幅変化も小さくなる。
【００１９】
本実施形態によれば、演算増幅器１の入力側に共振用のインダクタンスＬを挿入し、演算増幅器１の出力側とインダクタンスＬの入力側をコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２のネットワークで接続して帰還型ダンピングを行うことによって、フォトダイオードＰＤのサイズが大きい場合でも、周波数特性のピークを抑え且つ良好なＳ／Ｎを得ることができるが、特に周波数特性の平坦度に優れている。
【実施例２】
【００２０】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るフォトディテクターアンプの構成を示した回路図である。本実施形態のフォトディテクターアンプの構成は、第１の実施形態の構成とほぼ同様であるが、コンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２のネットワークが演算増幅器１の出力端と入力端を接続する構成となっているところが異なるところである。
【００２１】
このような構成のフォトディテクターアンプの等価回路は図７に示す如くであり、インダクタンスＬを演算増幅器１の入力側とフォトダイオードＰＤの間に挿入して共振させ、それを演算増幅器１の出力端と入力端を接続するコンデンサＣｆと抵抗Ｒｆ２のネットワークにより帰還型ダンピングして、周波数特性のピークを抑えている。
【００２２】
図８は図６に示したフォトディテクターアンプの伝送周波数特性を示した特性図である。但し、回路の諸設定値は図１のそれと同様である。
【００２３】
図８中の特性線の上から、帰還無し、有りの信号の周波数特性、帰還無し、有りのノイズの周波数特性を示している。２７ＭＨｚに＋３ｄＢのピークを持つが、２０ＭＨｚで＋３ｄＢの伝送帯域特性が得られる。
【００２４】
図９はＲｆ２＋Ｃｆの帰還の有無で、図６に示したフォトディテクターアンプのノイズの変化と周波数特性を示した特性図である。Ｓ／Ｎは、周波数が高くなると共にダンピング後の共振周波数まで改善される。Ｒｆ２＋Ｃｆを付加すると、１５ＭＨｚで０．５ｄＢ程Ｓ／Ｎが低下する。
【００２５】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果があるが、特に、Ｓ／Ｎの改善に有利である。
【実施例３】
【００２６】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る光ディスク装置で用いられる光ピックアップの受光系の構成を示したブロック図である。本実施形態の光ピックアップの受光系はＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の信号読み出しに用いられている。サイズの大きな（０．６×１．２ｍｍ）４分割フォトダイオード２１に共振型フォトディテクターアンプ２２が接続された構成で、４分割フォトダイオード２１の各分割部ａ、ｂ、ｃ、ｄの受光電流を、共振型フォトディテクターアンプ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄで電圧に変換する機能を有し、各共振型フォトディテクターアンプの入力段にはインダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が挿入されている。
【００２７】
本実施形態のインダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を含む共振型フォトディテクターアンプ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは第１または第２の実施形態のフォトディテクターアンプと同様の構成であるため、１ビーム方式で４分割フォトダイオード２１のサイズが大きくても、伝送帯域の高域ノイズが低減され、Ｓ／Ｎの良好な再生信号を得ることができる。
【実施例４】
【００２８】
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る光ディスク装置で用いられるレーザー光の監視用フロントモニターの構成を示したブロック図である。φ０．８ｍｍのサイズの大きなフォトダイオードＦＰＤの受光電流を共振型フォトディテクターアンプ３０が電圧に変換する構成を有している。第１または第２の実施形態と同様の構成の共振型フォトディテクターアンプ３０は入力段にはインダクタンスＬ１を備えている。
【００２９】
本実施形態のインダクタンスＬ１を含む共振型フォトディテクターアンプ３０は第１または第２の実施形態のそれと同様の構成であるため、フォトダイオードＦＰＤのサイズが大きくても、伝送帯域の高域ノイズが低減され、Ｓ／Ｎが良好で広帯域の伝送特性を得ることができる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。本発明は、光を受光してそれを電圧に変換して処理する回路であれば、上記実施形態と同様に適用でき、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフォトディテクターアンプの構成を示した回路図である。
【図２】図１に示したフォトダイオードＰＤの等価回路図である。
【図３】図１のフォトディテクターアンプの動作を説明する図である。
【図４】図１に示したフォトディテクターアンプの伝送周波数特性を示した特性図である。
【図５】図１に示したフォトディテクターアンプのノイズの変化と周波数特性を示した特性図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るフォトディテクターアンプの構成を示した回路図である。
【図７】図6のフォトディテクターアンプの動作を説明する図である。
【図８】図６に示したフォトディテクターアンプの伝送周波数特性を示した特性図である。
【図９】図６に示したフォトディテクターアンプのノイズの変化と周波数特性を示した特性図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光ディスク装置で用いられる光ピックアップの受光系の構成を示したブロック図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る光ディスク装置で用いられるレーザー光の監視用フロントモニターの構成を示したブロック図である。
【図１２】従来の共振型フォトディテクターアンプの構成を示した回路図である。
【図１３】図１２に示した演算増幅器の周波数特性を示した特性図である。
【符号の説明】
【００３２】
１……演算増幅器、２……出力端子、３……電流源、２１……４分割フォトダイオード、２２、３０……共振型フォトディテクターアンプ、Ｃｆ……コンデンサ、Ｃｔ……端子間容量、Ｌ……インダクタンス、ＰＤ……フォトダイオード、Ｒ、Ｒｆ２……抵抗、Ｒｆ１……帰還抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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