(57)【要約】【課題】クリップ回路を備えた受光増幅回路において、クリップ動作時の発振を防止でき、かつクリップ電圧を自由に設定できる受光増幅回路を提供する。【解決手段】本発明の受光増幅回路は、フォトダイオード１と、オペアンプ２０と、オペアンプ２０の出力端子と反転入力端子との間に設けられた変換抵抗１１と、オペアンプ２０の出力電圧を所定の値にクリップするクリップ回路とを備えている。クリップ回路は、オペアンプの出力電圧の変化を検出するＰＮＰトランジスタ１２と、そのベースに接続された電圧源１４とを備え、オペアンプ２０の出力端子に接続されたＮＰＮトランジスタ９のエミッタ電位の上昇につれて、ＰＮＰトランジスタ１２がオンすると、電圧源１４の電圧がＰＮＰトランジスタ１２およびＮＰＮトランジスタ９を介してオペアンプ２０の出力端子に加えられる。【選択図】図１
2007028372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を電流信号に変換するフォトダイオードと、前記電流信号を電圧信号に変換・増幅して出力するオペアンプと、前記オペアンプの出力電圧を所定の値にクリップするクリップ回路とを備えた受光増幅回路であって、
前記電流信号は前記オペアンプの出力端子と前記オペアンプの反転入力端子との間に設けられた変換抵抗を介して電圧信号に変換され、
前記クリップ回路は、前記オペアンプの出力電圧の変化を検出し、前記オペアンプの出力電圧が前記所定の値に達するとその値にクリップする手段を備えることを特徴とする受光増幅回路。
【請求項２】
前記クリップ回路は、前記オペアンプの出力電圧の変化を検出するスイッチ素子と、電圧源とを少なくとも備え、
前記スイッチ素子がオンすると、前記電圧源の電圧に応じた電圧が前記オペアンプの出力端子に加えられることを特徴とする請求項１に記載の受光増幅回路。
【請求項３】
前記スイッチ素子はバイポーラトランジスタであり、
前記オペアンプの出力端子には別のバイポーラトランジスタのエミッタが接続され、
前記別のバイポーラトランジスタのベースと前記バイポーラトランジスタのエミッタとが接続され、
前記バイポーラトランジスタのベースには前記電圧源が接続されることを特徴とする請求項２に記載の受光増幅回路。
【請求項４】
前記電圧源は可変電圧源であることを特徴とする請求項２または３記載の受光増幅回路。
【請求項５】
前記フォトダイオードで発生する電流を供給する電流供給回路をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の受光増幅回路。
【請求項６】
前記クリップ回路の電圧クリップ動作に対応して前記電流供給回路が動作することを特徴とする請求項５に記載の受光増幅回路。
【請求項７】
前記変換抵抗を複数備え、各々の前記変換抵抗と前記オペアンプの出力端子との間にそれぞれスイッチを設けることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の受光増幅回路。
【請求項８】
前記スイッチの切り替えにより前記オペアンプの出力端子に接続される前記変換抵抗を選択するとともに、前記スイッチの切り替えに応じて前記所定の値が変化するように前記電圧源を動作させることを特徴とする請求項７に記載の受光増幅回路。
【請求項９】
前記クリップ回路は前記電圧源を複数備え、前記スイッチの切り替えに応じて前記複数の電圧源から一の電圧源を選択し、その電圧値を前記所定の値に設定することを特徴とする請求項８に記載の受光増幅回路。
【請求項１０】
光ディスク媒体からの反射光の強度に応じた電圧を出力する光ピックアップ装置であって、
請求項１ないし９のいずれかに記載の受光増幅回路を備える、光ピックアップ装置。
【請求項１１】
光ディスク媒体からの反射光の強度に応じた電圧を出力する光ピックアップ装置であって、
請求項８または９のいずれかに記載の受光増幅回路を備え、
光ディスク媒体の再生動作時には、前記複数の変換抵抗のうち抵抗値の高い変換抵抗を選択し、かつ前記所定の電圧を前記オペアンプが飽和しない程度で高く設定し、
光ディスク媒体の記録動作時には、前記複数の変換抵抗のうち抵抗値の低い変換抵抗を選択し、かつ前記所定の電圧を前記オペアンプが正常に動作する程度で低く設定することを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒなどの光ディスク用のピックアップに使用される受光増幅回路およびそれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は特許文献１に示される、ＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒなどの光ディスク用のピックアップに使用される受光増幅回路の一例である。この構成では、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード２１のカソードが電源電圧端子２２に、アノードがオペアンプ２３の反転入力端子に接続され、オペアンプ２３の反転入力端子と出力の間に変換抵抗２４が接続され、ＰＮＰトランジスタ２５のエミッタがオペアンプ２３の反転入力端子に、ベースが出力に、コレクタがＧＮＤに接続されている。
【０００３】
このような構成において光信号がフォトダイオード２１に入力されるとその光の強度に比例した光電流がオペアンプ２３に入力され、この電流は変換抵抗２４によって電圧信号に変換され、光電流Ｉｐｈと変換抵抗２４の抵抗値Ｒｆｄとの積で決定される電圧Ｖｏが出力される。
【０００４】
光入力が大きくなり、光電流Ｉｐｈと抵抗値Ｒｆｄとの積がＰＮＰトランジスタ２５のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥよりも大きくなると、ＰＮＰトランジスタ２５が動作し始め、出力電圧はＶＢＥで制限される。また、さらに光電流が大きくなりフォトダイオード２１に発生した余剰電流はＧＮＤに放出され飽和を防止する。
【特許文献１】特許第３１２３７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の受光増幅回路は以上のように構成されており、トランジスタをダイオード接続するだけで出力電圧をクリップすることができ、大振幅のパルス入力でも増幅回路を飽和させることがないため応答特性を高速化することが可能である。  
【０００６】
しかし、この構成ではクリップした際にダイオードと変換抵抗が並列に接続されていることにより見かけの抵抗値が低下し、回路が発振する場合がある。
【０００７】
以下、この点について詳細に説明する。
【０００８】
図４は、図３に示されるオペアンプの周波数特性を示す図である。図４において、実線は、トランジスタ２５がオフの場合におけるオペアンプ２３の開ループゲインを示し、破線は、トランジスタ２５がオンの場合におけるオペアンプ２３の開ループゲインを示す。また、図４において、二点鎖線は、出力信号の位相変移を示す。
【０００９】
トランジスタ２５がオフの場合には、オペアンプ２３の開ループゲインは、変換抵抗の抵抗値Ｒｆｄによって規定されている。このとき、オペアンプ２３の開ループゲインは、図４の実線で示される特性を示す。
【００１０】
一方、トランジスタ２５がオンになると、オペアンプ２３の開ループゲインは、抵抗値Ｒｆｄと、トランジスタ２５のオン抵抗との並列和によって規定される。このとき、オペアンプ２３のゲインは、トランジスタ２５がオフの場合と比べて、高周波側にシフトする。トランジスタ２５がオフからオンに変化すると、オペアンプ２３の開ループゲインが０ｄＢのときの位相余裕は、ＭｏｆｆからＭｏｎへと大きく減少する。この結果、フィードバック回路の動作が不安定となり、オペアンプ２３が発振してしまう。
【００１１】
またクリップした後もさらに大きな光入力があった場合に発生する電流は、回路の出力電流から供給するがこの出力電流を十分大きくしておかなければ回路動作が不安定になり、出力波形にリンギングが発生してしまう。また、ＰＮＰトランジスタ２５のＶＢＥでクリップ電圧を決めることができる反面、増幅回路の基準電圧に対して、約０．７Ｖで固定されるＶＢＥもしくはその整数倍の電圧でしかクリップ電圧を設定できないなどの問題を有する。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためのもので、出力電圧をクリップする際の変換抵抗値の低下およびフォトダイオードへの電流の供給を行うための出力電流の増加を防止し、クリップ電圧を自由に設定できる受光増幅回路およびそれを用いた光ピックアップ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明の受光増幅回路は、光信号を電流信号に変換するフォトダイオードと、前記電流信号を電圧信号に変換・増幅して出力するオペアンプと、前記オペアンプの出力電圧を所定の値にクリップするクリップ回路とを備えた受光増幅回路であって、前記電流信号は前記オペアンプの出力端子と前記オペアンプの反転入力端子との間に設けられた変換抵抗を介して電圧信号に変換され、前記クリップ回路は、前記オペアンプの出力電圧の変化を検出し、前記オペアンプの出力電圧が前記所定の値に達するとその値にクリップする手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記クリップ回路は、前記オペアンプの出力電圧の変化を検出するスイッチ素子と、電圧源とを少なくとも備え、前記スイッチ素子がオンすると、前記電圧源の電圧に応じた電圧が前記オペアンプの出力端子に加えられることが好ましい。
【００１５】
前記スイッチ素子はバイポーラトランジスタであり、前記オペアンプの出力端子には別のバイポーラトランジスタのエミッタが接続され、前記別のバイポーラトランジスタのベースと前記バイポーラトランジスタのエミッタとが接続され、前記バイポーラトランジスタのベースには前記電圧源が接続されることが好ましい。
【００１６】
前記電圧源は可変電圧源であることが好ましい。
【００１７】
前記フォトダイオードで発生する電流を供給する電流供給回路をさらに備えることが好ましい。
【００１８】
前記クリップ回路の電圧クリップ動作に対応して前記電流供給回路が動作することがさらに好ましい。
【００１９】
前記変換抵抗を複数備え、各々の前記変換抵抗と前記オペアンプの出力端子との間にそれぞれスイッチを設けるのが好ましい。
【００２０】
前記スイッチの切り替えにより前記オペアンプの出力端子に接続される前記変換抵抗を選択するとともに、前記スイッチの切り替えに応じて前記所定の値が変化するように前記電圧源を動作させることが好ましい。
【００２１】
前記クリップ回路は前記電圧源を複数備え、前記スイッチの切り替えに応じて前記複数の電圧源から一の電圧源を選択し、その電圧値を前記所定の値に設定するのが好ましい。
【００２２】
本発明の光ピックアップ装置は、光ディスク媒体からの反射光の強度に応じた電圧を出力する光ピックアップ装置であって、上記本発明の受光増幅回路を備える。
【００２３】
また、光ディスク媒体の再生動作時には、前記複数の変換抵抗のうち抵抗値の高い変換抵抗を選択し、かつ前記所定の電圧を前記オペアンプが飽和しない程度で高く設定し、光ディスク媒体の記録動作時には、前記複数の変換抵抗のうち抵抗値の低い変換抵抗を選択し、かつ前記所定の電圧を前記オペアンプが正常に動作する程度で低く設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、受光増幅回路における出力電圧のクリップ動作を安定にし、さらにクリップ電圧を用途に応じて自由に設定できるため、光ピックアップ装置の記録／再生それぞれの用途に応じて最適な動作を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態における受光増幅回路の構成を示した図である。
【００２７】
フォトダイオード１のアノードがＧＮＤ、カソードがオペアンプ２０の反転入力端子であるＮＰＮトランジスタ２のベースに接続されている。
【００２８】
オペアンプ２０は、ＮＰＮトランジスタ２、３の対および電流源４からなる差動入力段と、ＰＮＰトランジスタ６、７で構成されるアクティブ負荷と、ＮＰＮトランジスタ９と電流源１０と変換抵抗１１で構成される。
【００２９】
ＮＰＮトランジスタ２、３はそれぞれのエミッタが電流源４を介してＧＮＤに接続され、ＮＰＮトランジスタ３のベースが基準電圧源５に接続されており、基準電圧端子となっている。
【００３０】
ＰＮＰトランジスタ６のベースはＰＮＰトランジスタ７のベースおよびコレクタとＮＰＮトランジスタ３のコレクタに接続され、ＰＮＰトランジスタ６のエミッタが電圧源８に、コレクタがＮＰＮトランジスタ２のコレクタとＮＰＮトランジスタ９のベースに接続される。
【００３１】
また、本実施形態における電圧クリップ回路は以下のように構成される。
【００３２】
ＰＮＰトランジスタ１２のエミッタがＮＰＮトランジスタ９のベースに、ベースが電圧源１４に、コレクタがＮＰＮトランジスタ１３のベースと抵抗１５を介してＮＰＮトランジスタ２のベースに接続され、ＮＰＮトランジスタ１３のコレクタが電圧源８に、エミッタがフォトダイオード１のカソードへ接続される。
【００３３】
次にこの回路の動作を詳細に説明する。
【００３４】
ＣＤ−Ｒ、ＲＷやＤＶＤ−Ｒ、ＲＷなどの記録型光ディスクにおいて記録時には瞬間的にアンプが飽和するようなパルス波形が光電変換装置のフォトダイオードに入力される。  
【００３５】
このためクリップ回路により出力電圧がアンプの飽和電圧に到達する前に制限をかけることで応答特性を改善しようとするものである。
【００３６】
フォトダイオード１に光信号が入力されると、出力端子ＯＵＴには光電流Ｉｐｈと変換抵抗１１の抵抗値Ｒｆｄとの積で決定される電圧が発生する。フォトダイオード１に入力される光信号がさらに大きくなると、ＮＰＮトランジスタ９のエミッタ電位とともにそのベース電位も上昇する。ＮＰＮトランジスタ９のベース電位が電圧源１４の電位に対してＰＮＰトランジスタ１２のＶＢＥだけ高い電位に到達するとＰＮＰトランジスタ１２がオンし、トランジスタ１２のエミッタ電位は電圧源１４の電圧とＰＮＰトランジスタ１２のＶＢＥとの和に固定され、その結果、トランジスタ９のベースが電圧源１４の電圧とＰＮＰトランジスタ１２のＶＢＥに固定される。ＰＮＰトランジスタ１２のＶＢＥとＮＰＮトランジスタ９のＶＢＥがほぼ等しいとすると、アンプの出力電圧は電圧源１４の電位でクリップされる。
【００３７】
また、ＰＮＰトランジスタ１２がオンすると抵抗１５に電流が流れ、抵抗１５の両端に発生した電位がＮＰＮトランジスタ１３のＶＢＥよりも大きくなると、今度はＮＰＮトランジスタ１３がオンし、ＮＰＮトランジスタ１３を介して電圧源８からフォトダイオード１に発生した余剰電流を供給することが可能になる。
【００３８】
本実施形態によれば、光電流Ｉｐｈと変換抵抗１１の抵抗値Ｒｆｄとの積が、クリップ回路のＰＮＰトランジスタ１２のＶＢＥに達すると、クリップ回路が動作し、出力電圧がこのＶＢＥにクリップされる。さらに、クリップ回路が動作しても、ゲインを規定する抵抗値は変換抵抗１１のみで決まり、クリップ回路が動作していない場合と同じであるため、回路発振を防止できる。また、電圧クリップ動作後にフォトダイオード１に発生した余剰電流をオペアンプ２０から供給せずに済むため、オペアンプ２０を安定動作させることが可能となる。さらに、電圧源１４を可変電圧源とすることで、用途や目的に合わせて最適なクリップ電圧の値に設定することが可能となる。
【００３９】
図２に本実施形態の変形例を示す。
【００４０】
図１に示した構成との違いは、互いに抵抗値の異なる変換抵抗１６と変換抵抗１１とが並列にＮＰＮトランジスタ２のベースとＮＰＮトランジスタ９のエミッタの間に挿入されており、ＮＰＮトランジスタ９のエミッタ側のスイッチ１８の切り替えによって変換抵抗１１か変換抵抗１６のいずれかを選択できる点、およびＰＮＰトランジスタ１２のベースにスイッチ１９が接続されており、スイッチ１９の切り替えによってＰＮＰトランジスタ１２のベースに接続される電圧源を互いに電圧の異なる電圧源１４か電圧源１７のいずれかを選択できる点である。
【００４１】
上記の回路構成とした上で、さらにスイッチ１８とスイッチ１９を連動して切り替えることによって、異なるゲインに応じてクリップ電圧を変更することができるため、記録時、再生時のそれぞれの動作に対して最適な条件を選択することができる等システムに応じて最適な動作を実現出来るようになる。
【００４２】
例えば、光ディスクの再生時は、フォトダイオード１から出力される光電流が微弱であるため、スイッチ１８で選択する変換抵抗値を高くして、出力電圧が適正となるようにする必要があるが、スイッチ１９の切り替えによりクリップ電圧が高くなるようにすれば、さらに出力のダイナミックレンジを大きく取ることが可能となる。なお、このとき、オペアンプ２０の出力が飽和しないようにクリップ電圧を設定する必要がある。
【００４３】
また、光ディスクの記録時は、フォトダイオード１から出力される光電流が大きいため、オペアンプ２０が飽和しないようスイッチ１８で選択する変換抵抗値を低くして、出力電圧が適正となるようにする必要があるが、スイッチ１９の切り替えによりクリップ電圧が低くなるようにすれば、出力応答時間が短縮できる。なお、このとき、オペアンプ２０が正常に動作する程度でクリップ電圧を設定する必要がある。
【００４４】
なお、本変形例では、クリップ電圧を変化させるのに複数の電圧源１４、１７を用いてスイッチ１９で切り替えを行ったが、電圧源を１４のみにしてこれを可変電圧源としてもよい。
【００４５】
また、スイッチ１８、１９はバイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタで構成してもよい。
【００４６】
なお、本実施形態においてフォトダイオードのアノードがオペアンプ２０の反転入力端子に接続される構成としてもよいが、その場合には、差動入力段をＰＮＰトランジスタにする等、オペアンプその他を構成するトランジスタの極性を反対にする必要がある。
【００４７】
また、本実施形態の受光増幅回路を光ピックアップ装置に用いると、上述したとおり、オペアンプの出力応答を記録／再生それぞれの動作に対して変化させて最適な動作を実現できるとともに、特に記録時には、光入力信号に対して高速応答が可能となるため、高倍速記録を容易に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る受光増幅回路は、フォトダイオードで発生する大振幅の光入力に対して、オペアンプを飽和させること無く、応答速度を高速化させることができ、ＣＤ−Ｒ、ＲＷやＤＶＤ−Ｒ、ＲＷおよびＢｌｕ−ｒａｙなどの記録再生型の光ピックアップに適用する上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態における受光増幅回路の構成を示した図
【図２】本発明の実施の形態における受光増幅回路の変形例を示した図
【図３】従来の受光増幅回路の構成を示した図
【図４】図３に示される受光増幅回路の周波数特性を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１  フォトダイオード
２  ＮＰＮトランジスタ
３  ＮＰＮトランジスタ
４  電流源
５  基準電圧源
６  ＰＮＰトランジスタ
７  ＰＮＰトランジスタ
８  電圧源
９  ＮＰＮトランジスタ
１０  電流源
１１  変換抵抗
１２  ＰＮＰトランジスタ
１３  ＮＰＮトランジスタ
１４  電圧源
１５  抵抗
１６  変換抵抗
１７  電圧源
１８  スイッチ
１９  スイッチ
２０  オペアンプ
２１  フォトダイオード
２２  電源電圧端子
２３  オペアンプ
２４  変換抵抗
２５  ＰＮＰトランジスタ
【図１】
2007028372.tif 000003
【図２】
2007028372.tif 000004
【図３】
2007028372.tif 000005
【図４】
2007028372.tif 000006