(57)【要約】【課題】ＡＰＣ制御を行なう発光出力制御装置を備えた光学装置において、素子ばらつきに起因するゲインばらつきを抑圧することができるようにする。【解決手段】発光素子１１２の光出力を受光素子１１４で検知し、その検知電流Ｉｍを電流／電圧変換部１３２で検知電圧信号Ｖｍに変換する。発光素子１１２に電流を供給する電流駆動部１２０を駆動制御する差動増幅部１７０と電流／電圧変換部１３２との間に可変ゲイン増幅部１４２を設ける。可変ゲイン増幅部１５２は、発光素子１１２や受光素子１１４の個体ばらつきによる発光出力のばらつきを相殺するための発光素子制御電圧Ｖset を増幅する。差動増幅部１５４は、基準信号Ｖref と可変ゲイン増幅部１５２から出力される発光素子制御電圧Ｖset1との差に基づき可変ゲイン増幅部１４２，１５２の制御ゲインを、制御ループの開ループゲインが変化しないように調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の発光出力を受光素子を用いて検出した検知信号と、前記発光素子や前記受光素子の個体ばらつきによる前記発光出力のばらつきを相殺するための発光素子制御信号とに基づいて、前記発光素子の発光出力が所定値となるように制御する発光出力制御方法であって、
前記検知信号に対する制御ゲインを前記発光素子制御信号の調整度合いに応じて調整する
ことを特徴とする発光出力制御方法。
【請求項２】
発光素子の発光出力を受光素子を用いて検出した検知信号と、前記発光素子や前記受光素子の個体ばらつきによる前記発光出力のばらつきを相殺するための発光素子制御信号とに基づいて、前記発光素子の発光出力が所定値となるように制御する発光出力制御装置であって、
前記検知信号に対する制御ゲインを前記発光素子制御信号の調整度合いに応じて調整する制御ゲイン調整部
を備えたことを特徴とする発光出力制御装置。
【請求項３】
前記制御ゲイン調整部は、
設定された第１の制御ゲインに従って前記検知信号を増幅する第１の可変ゲイン増幅部と、
設定された第２の制御ゲインに従って前記発光素子制御信号を増幅する第２の可変ゲイン増幅部と、
所定の基準信号と前記第２の可変ゲイン増幅部から出力されたゲイン調整済みの前記発光素子制御信号とを比較して、前記第１の可変ゲイン増幅部に設定すべき前記第１の制御ゲインおよび前記第２の可変ゲイン増幅部に設定すべき前記第２の制御ゲインを決定するゲイン決定部と
を有することを特徴とする請求項２に記載の発光出力制御装置。
【請求項４】
前記ゲイン決定部は、前記第１の可変ゲイン増幅部と前記第２の可変ゲイン増幅部の制御ゲインを同一に設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の発光出力制御装置。
【請求項５】
前記第１の可変ゲイン増幅部と前記第２の可変ゲイン増幅部とは同一の回路構成となっており、
前記ゲイン決定部は、前記第１の可変ゲイン増幅部と前記第２の可変ゲイン増幅部に同一のゲイン調整値を供給することで、各可変ゲイン増幅部の前記制御ゲインを同一に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の発光出力制御装置。
【請求項６】
発光素子と、
前記発光素子の発光出力を検知する受光素子と、
前記受光素子を用いて検出した検知信号と前記発光素子や前記受光素子の個体ばらつきによる前記発光出力のばらつきを相殺するための発光素子制御信号とに基づいて、前記発光素子の発光出力が所定値となるように制御するとともに、前記検知信号に対する制御ゲインを前記発光素子制御信号の調整度合いに応じて調整する発光出力制御部と
を備えたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力を制御する発光出力制御方法および発光出力制御装置並びに発光出力制御装置を備えた光学装置に関する。より詳細には、光出力をＡＰＣ（Automatic Power Control ）制御する際の制御系の安定性に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードなどの発光素子から出力される光量を一定に維持する仕組みとして、ＡＰＣ制御が知られている。
【０００３】
たとえば、光通信における光送信機では、レーザダイオードなどの発光素子を用いて電気信号を光信号に変換する。この際、一般に、発光素子が常に一定の光強度で発光するように駆動電流を制御するＡＰＣ回路が用いられている（たとえば特許文献１の図６などを参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６４２３９号公報
【０００５】
図２は、一般的なＡＰＣ回路を採用した発光出力制御装置の構成例を示す図であり、特許文献１の図６の回路構成を機能ブロック的に示している。
【０００６】
この発光出力制御装置９００は、光送信部などとして使用される受発光部９１０のレーザダイオード９１３などの発光素子９１２をトランジスタ９２２や抵抗素子９２４などで構成された電流駆動部９２０で駆動制御するようにした光通信装置において、受発光部９１０内に実装された発光素子９１２の光出力をフォトダイオード９１５などのモニタ用の受光素子９１４を用いてモニタリングし電流駆動部９２０にフィードバックをかけるＡＰＣ回路構成で、発光素子の発光パワーを一定に保つようにしている。
【０００７】
モニタリング部９３０としては、受光素子９１４で検知したモニタ電流Ｉｍを電圧信号に変換する抵抗素子９３３などを利用した電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換部９３２と、電流／電圧変換部９３２から出力された検知電圧信号Ｖｍとを発光素子制御電圧Ｖset と比較する差動増幅部９７０とで構成されている。検知電圧信号Ｖｍは、モニタ電流Ｉｍと抵抗素子９３３の抵抗値Ｒ９３３との積に等しい。
【０００８】
発光素子９１２は、電流駆動部９２０を構成するトランジスタ９２２の動作によって駆動され、光出力Ｌｏを送出する。受光素子９１４は、発光素子９１２の光出力Ｌｏの一部を検知することで発光素子９１２の動作をモニタリングし、電流／電圧変換部９３２にてモニタ電流Ｉｍに応じた検知電圧信号Ｖｍを発生させ、差動増幅部９７０の非反転入力端子（＋）に供給する。
【０００９】
差動増幅部９７０は、非反転入力端子（＋）に検知電圧信号Ｖｍが入力されると、その反転入力端子（−）に供給される発光素子制御電圧Ｖset と比較して、その差分を増幅し電流駆動部９２０のトランジスタ９２２を動作させる。
【００１０】
全体としては、負帰還回路構成となっており、検知電圧信号Ｖｍが発光素子制御電圧Ｖset と等しくなるように、トランジスタ９２２の駆動電流が制御される。結果的には、発光素子９１２より装置外に出射する光の強度（出射光強度）Ｐout は、式（１）で示される値に保たれる。これにより、温度などの環境条件に影響して光出力Ｌｏが変動しないように、発光素子９１２の発光パワーを制御することができる。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
しかしながら、実際の光送信機においては、発光素子９１２のばらつきに起因するモニタリング変換効率（＝出射光強度／モニタ受光素子受光強度比）Ｅopc や受光素子９１４の光／電流変換効率である受光素子効率Ｅmon の個体ばらつきが非常に大きくなる場合がある。
【００１３】
その場合、発光素子制御電圧Ｖset を変化させることによって所望の出射光強度Ｐout が得られるよう調整を行なうことになる。この際、制御ループのＤＣ開ループゲインＧopは式（２）で表される。
【００１４】
【数２】
2007123978.tif 000004
【００１５】
この式（２）の２段目は、式（１）から導かれるＶset ／Ｐout を１段目の“Ｅopc ×Ｅmon ×Ｅiv”に代入したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ここで、式（１）から分かるように、出射光強度Ｐout はモニタリング変換効率Ｅopc と受光素子効率Ｅmon の影響を受け、それを補うべく発光素子制御電圧Ｖset を変化させると、式（２）の２段目から分かるように、ＤＣ開ループゲインＧopは、その発光素子制御電圧Ｖset の変動分だけ変化することになり、制御ループの特性を大きく変動させてしまうという問題が発生する。
【００１７】
たとえば、図３に示したように、制御ループの開ループゲインが１０倍変化したとすると、ループの帯域も同様に１０倍変化する。これは、ループの位相余裕を確保することを困難とし、同時に光送信機の個体ばらつきによって、ＡＰＣ動作開始時の遅延時間に大きなばらつきを生むことを意味する。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、素子ばらつきに起因するゲインばらつきを抑圧することのできる仕組み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】
【００１９】
本発明に係る仕組みにおいては、発光素子の発光出力を受光素子を用いて検出した検知信号に対する制御ゲインを、発光素子や受光素子の個体ばらつきによる発光出力のばらつきを相殺するための発光素子制御信号の調整度合いに応じて調整するようにした。
【００２０】
つまり、検知信号に対する制御ゲインを設定する制御ループを設け、その制御ゲインを発光素子制御信号の調整度合いに応じて変化させる。発光素子や受光素子の個体ばらつきによる影響を相殺するべく発光素子制御信号を調整した場合に、制御ループの開ループゲインが変化しないように検知信号に対する制御ゲインを調整できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、検知信号に対する制御ゲインを設定する制御ループを設け、その制御ゲインを発光素子制御信号の調整度合いに応じて調整するようにしたので、発光素子や受光素子の個体ばらつきによる影響を相殺するべく発光素子制御信号を調整してパワー制御の目標値を設定する場合でも、制御ループの開ループゲインが変化しないように検知信号に対する制御ゲインを調整できるから、素子ばらつきに起因するゲインばらつきを抑圧することができる。
【００２２】
部品のばらつきによって発生するＡＰＣ制御ループのループゲイン変動を抑圧することが可能であるから、ループ安定の確保に必要な位相余裕の確保が容易となり、さらに、ＡＰＣ動作開始時の遅延時間のばらつきを軽減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る発光出力制御装置の一例を備えた光学装置の一構成例を示す図である。
【００２５】
光学装置１は、光出力部１０と、発光出力制御装置の一例であるＡＰＣ構成の発光出力制御部２０とを備えている。光学装置１としては、たとえば光リンク用トランシーバ装置などの光通信装置や、レーザなどの発光素子を光源に用いた光ディスク記録再生装置などの記録再生装置や、レーザプリンタなどがある。
【００２６】
光出力部１０は、レーザダイオード１１３などの発光素子１１２および発光素子１１２の光出力を検知するフォトダイオード１１５などのモニタ用の受光素子１１４を具備した光送信部などとして使用される受発光部１１０と、発光素子１１２を駆動するトランジスタ１２２や抵抗素子１２４などで構成された電流駆動部１２０とを備えている。なお、受光素子１１４は、発光出力制御部２０の一部を構成する素子と見ることもできる。
【００２７】
発光出力制御部２０は、たとえば、光出力部１０を駆動制御するためのＩＣ（Integrated Circuit；半導体集積回路）として提供される。そのため、光出力部１０との接続を取るためや電源（Ｖddと接地ＧＮＤ）を供給するためや動作条件を設定するための各種の入出力端子を備えている（図中の○印）。
【００２８】
発光出力制御部２０は、光出力部１０内に実装された発光素子１１２の光出力Ｌｏの一部を受光素子１１４で検知することでモニタリングし電流駆動部１２０にフィードバックをかけるＡＰＣ回路構成で、発光素子１１２の発光パワーを一定に保つようにしている。
【００２９】
具体的には、発光出力制御部２０は、モニタリング機能要素として、受光素子１１４で検知したモニタ電流Ｉｍを電圧信号に変換する抵抗素子１３３などを利用した電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換部１３２、電流／電圧変換部１３２から出力された検知電圧信号Ｖｍと他の情報とを比較する制御ゲイン調整部１４０、および制御ゲイン調整部１４０から出力された比較結果信号Ｖcompと基準信号Ｖref とを比較し、その比較結果である駆動信号Ｖdrv に基づいて電流駆動部１２０を制御する差動増幅部１７０とを有する。本例の場合、検知電圧信号Ｖｍは、モニタ電流Ｉｍと抵抗素子１３３の抵抗値Ｒ１３３との積に等しい。
【００３０】
図２に示した従来構成との比較では、電流／電圧変換部１３２と差動増幅部１７０との間に制御ゲイン調整部１４０を新規に設けたものとなっている。制御ゲイン調整部１４０は、電流／電圧変換部１３２から出力された検知電圧信号Ｖｍに対する制御ゲインを発光素子制御電圧Ｖset の調整度合いに応じて制御する。
【００３１】
より詳しくは、制御ゲイン調整部１４０は、電流／電圧変換部１３２から出力された検知電圧信号Ｖｍと発光素子制御電圧Ｖset と差動増幅部１７０に設定される基準信号Ｖref とを比較して検知電圧信号Ｖｍに対する制御ゲインを決定し、決定された制御ゲインで検知電圧信号Ｖｍを増幅した比較結果信号Ｖcompを差動増幅部１７０の非反転入力端子（＋）に供給することで、差動増幅部１７０ひいては電流駆動部１２０を制御する。
【００３２】
具体的には、制御ゲイン調整部１４０は、電流／電圧変換部１３２と差動増幅部１７０との間の信号経路間に配置され電流／電圧変換部１３２で検知された検知電圧信号Ｖｍを設定された第１の制御ゲインＧvg１に従って増幅する第１の可変ゲイン増幅部１４２と、可変ゲイン増幅部１４２の制御ゲイン（増幅率）を制御するゲイン制御部１５０とを有する。
【００３３】
ゲイン制御部１５０は、設定された第２の制御ゲインＧvg２に従って発光素子制御電圧Ｖset を増幅する第２の可変ゲイン増幅部１５２と、差動増幅部１７０に設定される基準信号Ｖref と可変ゲイン増幅部１５２から出力された増幅済みの発光素子制御電圧Ｖset1とを比較して、可変ゲイン増幅部１４２に設定すべき制御ゲインＧvg１や可変ゲイン増幅部１５２に設定すべき制御ゲインＧvg２を決定するゲイン決定部の一例である差動増幅部１５４とを有する。
【００３４】
差動増幅部１５４は、可変ゲイン増幅部１４２へゲイン（増幅率）Ｇvg１を設定するとともに、可変ゲイン増幅部１５２へゲインＧvg２を設定する。ここで、本実施形態においては、可変ゲイン増幅部１４２と可変ゲイン増幅部１５２に設定する各設定ゲインＧvg１，Ｇvg２を同一の値にする。
【００３５】
発光素子１１２は、電流駆動部１２０の動作によって駆動され、光出力Ｌｏを送出する。受光素子１１４は、発光素子１１２の動作をモニタリングし、電流／電圧変換部１３２にてモニタ電流Ｉｍに応じた検知電圧信号Ｖｍを発生させる。可変ゲイン増幅部１４２は、ゲイン制御部１５０により制御されるゲインで検知電圧信号Ｖｍを所定レベルに増幅させた後に、差動増幅部１７０の非反転入力端子（＋）に供給する。
【００３６】
差動増幅部１７０は、非反転入力端子（＋）に検知電圧信号Ｖｍが入力されると、その反転入力端子（−）に供給される基準信号Ｖref と比較して、その差分を増幅し電流駆動部１２０のトランジスタ１２２を動作させる。
【００３７】
全体としては、負帰還回路構成となっており、検知電圧信号Ｖｍが基準信号Ｖref と等しくなるように、トランジスタ１２２の駆動電流が制御される。結果的には、発光素子１１２より装置外に出射する光の強度（出射光強度）Ｐout は、式（３）で示される値に保たれる。これにより、温度などの環境条件に影響して光出力Ｌｏが変動しないように、発光素子１１２の発光パワーを制御することができる。  
【数３】
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【００３８】
従来構成における式（１）で示した出射光強度Ｐout との比較では、可変ゲイン増幅部１４２による設定ゲインＧvgが加わっている点が異なる。
【００３９】
つまり、ＡＰＣループ内に可変ゲイン増幅部１４２を配置し、差動増幅部１７０での制御目標電圧を一定電圧に保ったまま、この可変ゲイン増幅部１４２でＡＰＣ制御ループ内のゲインを調整して制御目標値を設定する回路構成としている。
【００４０】
ここで、可変ゲイン増幅部１４２は、光出力部１０に設けられる発光素子１１２や受光素子１１４のばらつきに起因する出射光強度Ｐout のばらつきを相殺するための発光素子制御電圧Ｖset の調整に利用されるが、発光素子制御電圧Ｖset を調整しても、ＡＰＣ制御ループのゲインを一定に維持するようになっている点に特徴を有する。
【００４１】
さらに詳しく説明すると、可変ゲイン増幅部１４２の設定ゲインＧvgは、可変ゲイン増幅部１４２と等しいゲインで連動する可変ゲイン増幅部１５２を含む制御ループとしてのゲイン制御部１５０によって決定する構成となっている。
【００４２】
ここで、ＡＰＣ制御目標値である発光素子制御電圧Ｖset を可変ゲイン増幅部１５２で増幅し、この増幅後の発光素子制御電圧Ｖset1が差動増幅部１７０に設定される基準信号Ｖref と等しくなるようにフィードバック制御を行なうと、設定ゲインＧvg，基準信号Ｖref ，発光素子制御電圧Ｖset の関係は、式（４）のようになる。
【００４３】
【数４】
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【００４４】
式（３）に式（４）を代入すると、出射光強度Ｐout は式（１）と同様に、式（５）のように変形できる。
【００４５】
【数５】
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【００４６】
ここで、実際の光送信機においては、発光素子１１２のばらつきに起因するモニタリング変換効率（＝出射光強度／モニタ受光素子受光強度比）Ｅopc や受光素子１１４の光／電流変換効率である受光素子効率Ｅmon の個体ばらつきが非常に大きくなる場合がある。
【００４７】
その場合、発光素子制御電圧Ｖset を変化させることで所望の出射光強度Ｐout が得られるよう制御目標値の調整を行なうことになる。この点は、式（５）が式（１）と同じであることから分かるように、図２に示した従来構成のものと変わりがないのである。
【００４８】
ここで、制御ゲイン調整部１４０を設けた本構成例における制御ループのＤＣ開ループゲインＧopは式（６）で表される。
【００４９】
【数６】
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【００５０】
この式（６）の２段目は、式（３）から導かれるＶref ／Ｐout と式（４）を１段目の“Ｅopc ×Ｅmon ×Ｅiv”に代入したものである。また、３段目は、さらに簡略化したものである。
【００５１】
式（５）から分かるように、出射光強度Ｐout はモニタリング変換効率Ｅopc と受光素子効率Ｅmon の影響を受けるが、それを補うべく発光素子制御電圧Ｖset を変化させたときには、式（６）の２段目から分かるように、発光素子制御電圧Ｖset の変動分を相殺するように設定ゲインＧvgが調整される。
【００５２】
このことは、式（６）の３段目から分かるように、ＤＣ開ループゲインＧopは、差動増幅部１７０に設定される一定の基準信号Ｖref で規定されるので、発光素子制御電圧Ｖset の影響を受けないことからも明らかである。その結果として、発光素子制御電圧Ｖset を調整しても、ＤＣ開ループゲインＧopが一定に維持され、制御ループの特性を安定に維持できるのである。
【００５３】
つまり、発光素子１１２に電流を供給する電流駆動部１２０を駆動制御する差動増幅部１７０と電流／電圧変換部１３２との間に可変ゲイン増幅部１４２を設け、また可変ゲイン増幅部１５２で、発光素子１１２や受光素子１１４の個体ばらつきによる発光出力のばらつきを相殺するための発光素子制御電圧Ｖset を増幅する。
【００５４】
そして、差動増幅部１５４により、基準信号Ｖref と可変ゲイン増幅部１５２から出力される発光素子制御電圧Ｖset1との差に基づき可変ゲイン増幅部１４２，１５２の設定ゲインＧvg１，Ｇvg２を、制御ループの開ループゲインが変化しないように調整するのである。
【００５５】
たとえば、発光素子制御電圧Ｖset が制御ループの開ループゲインを１０倍変化させるように設定されると、その変動分を相殺するように設定ゲインＧvgは１／１０に設定される。モニタリング変換効率Ｅopc や受光素子効率Ｅmon がばらついても開ループゲインを一定に維持できる。
【００５６】
したがって、光出力部１０に設けられる発光素子１１２や受光素子１１４のばらつきに起因する出射光強度Ｐout のばらつきを相殺するために発光素子制御電圧Ｖset を調整しても、ＡＰＣ制御ループのゲイン変動を抑圧することができ、ループの位相余裕を一定に確保することができる。
【００５７】
加えて、ループの位相余裕を一定に確保することができるので、光送信機の個体ばらつきに起因するモニタリング変換効率Ｅopc や受光素子効率Ｅmon のばらつきがあっても、ＡＰＣ動作開始時の遅延時間にばらつきが生じることもない。動作速度ばらつきの小さいＡＰＣ回路にすることができるのである。ループ安定の確保に必要な位相余裕の確保が容易となり、さらに、ＡＰＣ動作開始時の遅延時間のばらつきも軽減されるのである。
【００５８】
なお、差動増幅部１５４が可変ゲイン増幅部１４２と可変ゲイン増幅部１５２とに設定する各ゲインＧvg１，Ｇvg２にばらつきがあって同一でないときには、そのゲイン差が定常的に残ることになるが、制御ループの安定維持に関しては、悪影響を与えることは殆どないと考えてよい。もちろん、同一であることが最善であるのは言うまでもない。
【００５９】
なお、可変ゲイン増幅部１４２，１５２の個体ばらつきを少なくするには、それらを同一の半導体基板上に、同一の回路構成で、近傍に配置するのがよい。この場合、各ゲインＧvg１，Ｇvg２を同一にするには、通常であれば、差動増幅部１５４の同一出力をゲイン調整値Ｇc1，Ｇc2として可変ゲイン増幅部１４２，１５２に供給すればよい。ただし、各可変ゲイン増幅部１４２，１５２の個体ばらつきによって、差動増幅部１５４からのゲイン調整値Ｇc1，Ｇc2が同じであっても、実際に動作する際のゲインＧvg１，Ｇvg２が略同一にはなっても、完全同一とならないことが起こり得る。
【００６０】
この個体差の問題を解消するため、本実施形態では、可変ゲイン増幅部１４２と可変ゲイン増幅部１５２とに独立にゲイン調整値Ｇc1，Ｇc2を設定できるようにし、可変ゲイン増幅部１４２，１５２の個体差を吸収して、実働のゲインＧvg１，Ｇvg２が同一になるように、ゲイン調整値Ｇc1，Ｇc2を個別に微調整できるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る発光出力制御装置の一例を備えた光学装置の一構成例を示す図である。
【図２】ＡＰＣ回路を採用した発光出力制御装置の従来例を示す図である。
【図３】従来例の発光出力制御装置の開ループゲインを説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…光学装置、１０…光出力部、２０…発光出力制御部、１１０，９１０…受発光部、１１２，９１２…発光素子、１１３，９１３…レーザダイオード、１１４，９１４…受光素子、１１５，９１５…フォトダイオード、１２０，９２０…電流駆動部、１２２，９２２…トランジスタ、１２４，９２４…抵抗素子、１３２，９３２…電流／電圧変換部、１３３，９３３…抵抗素子、１４０…制御ゲイン調整部、１４２…可変ゲイン増幅部、１５０…ゲイン制御部、１５２…可変ゲイン増幅部、１５４…差動増幅部、１７０，９７０…差動増幅部、９００…発光出力制御装置、９３０…モニタリング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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